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火星發現有機分子 | 火星探測器好奇號 (Curiosity), 在火星地表附近的 30 億年沉積岩中，發現形成生命所需的有機分子。而美國航太總署 (NASA) 新聞稿表示，雖找到能支持形成生命形成的有機分子，不代表火星有生命，有可能是透過其他方式所創造。在探索過程中蒐集到的有機分子包括噻吩 (thiophene)、甲硫醇 (methanethiol)、二甲基硫醚 (dimethylsulfide) 等。NASA 研究人員愛真布洛德 (Jen Eigenbrode) 表示，好奇號進蒐集到有機分子的資料，目前還未確認有機分子的來源，不論其是否 為遠古生物留下來的記錄，都提供了火星有機物質形成過程中重要的化學線索。愛真布洛德還表示，火星表面直接接受 太陽輻射，而輻射等苛刻條件都會分解有機物質，而在地表附近能搜尋到有機物質，研究人員將會更深入的了解火星有機分子的故事，並展現對於理解宇宙的使命。Christopher R. Webster et al., Background levels of methane in Mars’atmosphere show strong seasonal variations, Science, Vol. 360: 1093-1096, 2018. | science |
專注度與否 影響人體嗅覺的變化 | 成語「廢寢忘食」, 是形容人因專心致志而忘了吃飯、睡覺；而在科學研究上也顯示當人忙於工作時可能會有錯過視覺線索 (visual cues) 的現象。最近，英國薩塞克斯大學 (University of Sussex) 的最新研究更發現其實不只是視覺，連嗅覺也可能被忽略。在此研究中，受試者會被帶入藏有咖啡 豆的房間中，並分成進行高專注度或較 低專注度的任務。當任務完成、離開房 間後，研究人員會請受試者描述房間情況 並填寫問卷。結果發現，高度專注組發現房間中有咖啡香氣的人比低專注度組減少 42.5%。此外，研究也發現若測驗結束後 再將受試者帶回房間中，有 65% 的人也 無法聞出咖啡香，顯示他們在先前進行任務時已習慣空間中的氣味。研究人員表示，先前的文獻已表明大腦對 於氣味的偵測約只有 20 分鐘，稱為嗅覺習慣化 (olfactory habituation)。因此，此項研究成果除了發現當人們處在高度專注時，可能會忽略周遭的氣味外，也意味著若周遭氣味的改變發生在此時期，可能會因此錯過發現異味的機會。Forster Sophie and Spence Charles, “What smell?” Temporarily loading visual attention induces a prolonged loss of olfactory awareness, Psychological Science, 2018. | science |
擁有理解「0」概念的蜜蜂 | 「0」, 是一個不管在科學或數學領域中皆帶有其重要的概念與意義。先前科學家 認為只有人類具有理解這項概念的能力，然而，相關研究顯示哺乳動物與鳥類其實也能夠了解此概念。而近期，澳洲皇家理 工大學 (RMIT University) 的研究團隊則嘗試在蜜蜂進行測試，發現蜜蜂也具有知曉「0」概念的能力。在研究動物認知上，蜜蜂是一種常被用來進行相關實驗的動物，因為先前的文獻發現蜜蜂能夠學習許多複雜的技能，甚至在 採花授粉時，了解許多不同的抽象概念。 不過，相較於人類，蜜蜂的大腦中神經元數不到 100 萬，比起人腦中富含 8 千 6 百萬的神經元相比，數量相距甚遠。為了得知昆蟲是否具有此概念，研究人員設計一項實驗，先將蜜蜂訓練成會優先選擇元素數量最少的圖卡，舉例來說，在兩張不同的圖卡上分別有 2 和 3 個圖形時，若蜜蜂選擇 2 個圖形的圖卡時便能獲得糖塊以示獎勵。當研究人員再進一步放置沒有任何圖形的圖卡與 1 個或多個圖形圖卡時，發現蜜蜂會選擇沒有任何圖形的圖卡。研究人員表示，此發現不只是顯示蜜蜂知道 0 比其他數字少的概念外，更代表在牠們的認知中，是將 0 作為一項數值。研究人員也表示，若在數量如此少的神經元都具有此能力，未來持續進行研究也許可以發展出簡單又有效率的方法，來教導人工智慧在複雜環境中做出正確的決定。Scarlett Howard et al., Numerical ordering of zero in honeybees, Science, 2018. | science |
海狗研究解開睡眠之謎 | 「人的一生不外是吃飯睡覺」, 從這個觀點來看，睡覺，應該是我們最熟悉的生理現象之一。粗略的估算，一般人 在一生當中，約有 30% 的時間處於這樣的生理狀態之中。 睡眠品質與我們的生活品質息息相關，長期的睡眠不良會降低我們對事物的專注程度，使得食慾增加，並且讓我們的脾氣變得更為暴躁與易怒。流行病學的研究顯示，臺灣目前慢性睡眠障礙的盛行率為 20.2%, 平均每 5 個人當中就有一位民眾長年深受失眠之苦。透過科學的研究，目前我們對於睡眠的生理現象已經有一定程度的了解，但對於它的全貌仍有許多未解之謎。我們為什麼需要睡眠？我們 需要多久的睡眠？拿破崙 (Napoleon Bonaparte) 所宣 稱的一天只睡 4 小時，到底是勤勉的象徵？抑或是對身體健康的慢性戕害？透過腦波圖 (electroencephalography, EEG) 的幫助，科學家們很早以前就發現人類的睡眠是由 2 種截然不同的 生理狀態交替出現而完成，並且依據其特徵，區分為快速 動眼期 (rapid eye movement, REM) 以及非快速動眼 期 (non-rapid eye movement, NREM)。在一段完整 的睡眠當中，人類大約需要經歷 4~5 次的「非快速動眼 期–快速動眼期」的循環。非快速動眼期的生理狀態，在概念上似乎比較與我們傳統對「休息」的想像相符合；這時期的腦波所呈現的是和緩的、特殊的波形；而快速動眼期則是相當有趣的一種生理狀態，從腦波圖的研究顯示，此時大腦的活動與人清醒時的狀態其實沒有甚麼差別，所以又被稱為「弔詭的睡眠 (paradoxical sleep)」。快速動眼期的存在對人類睡眠的品質其實相當重要，科學家嘗試著用一種稱為剝奪快速動眼期的睡眠實驗：受試者需頭戴腦波電極入睡，然後在進入快速動眼期時將其強制喚醒。研究結果顯示，當這些被喚醒的受試者再度進入夢鄉時，由於先前的快速動眼期被干擾中斷，造成有補償性的生理反應發生，在生理學上稱之為快速動眼期反彈 (REM rebound) 的睡眠現象；這些受試者在整晚睡眠當中，快速動眼期所花費的時間則比一般睡眠時平均增加 19.2~26.6%。世界上形形色色的動物在睡眠表現上也具有南轅北轍的差異。概略的來說，高等脊椎動物 (哺乳動物、鳥類及部分的爬蟲類) 才具有快速動眼期的睡眠。當然，快速動眼期在不同物種的睡眠占比有相當大的差異。從資料中可發現，掠食者的睡眠中，其所佔的比例較被捕食者來得高。而在動物發育過程當中，快速動眼期在整個睡眠當中所出現的時機也會隨著物種有相當程度的不同，例如鴨嘴獸，這種相當於原始的哺乳動物，幼年期時期每天的快速動眼期睡眠可高達 8 小時；而海洋哺乳動物當中，鯨豚類動物的幼 兒則直至發育階段的晚期，才會有快速動眼期的睡眠現象發生。如同人類，快速動眼期對動物的睡眠也是相當的重要。在針對大鼠 (rat) 進行連續一周的剝奪快速動眼期的睡眠實驗中，科學家發現受試大鼠會有體重減輕、失溫甚至死亡的發生，顯示快速動眼期對高等動物的重要性。不僅如此，生活在海洋中的哺乳動物，其睡眠其實跟生活在陸地上的生物有很大的不同。先前的研究顯示，鯨豚類的生物具有「半腦入眠」的特異功能，運用輪班的方式讓左右半球的大腦輪流的睡覺，以因應海上生活中需要時時保持警覺的特殊要求。畢竟對於用肺呼吸的生物而言，水中的環境仍具有相當的危險性，再怎麼疲累，還是要 定期的呼吸換氣，以免被淹死。如同鯨豚類動物一樣，北方海狗在演化上也發展出「半腦入眠」的特異功能，來因應長期的海上生活上的凶險，此時海狗的睡眠當中，也如同鯨豚動物一般，鮮少有快速動眼期形態的睡眠出現。不過，當北方海狗恢復陸地生活時，睡眠的型態則恢復到 2 種動眼期交替出現的現象，就如同一般陸地哺乳動物的睡眠狀態。基於北方海狗生理上的特殊性，使得科學家們想透過北方海狗的睡眠研究，來瞭解哺乳動物睡眠當中快速動眼期發生的生理意義之謎。科學家們以機構中豢養的 4 隻北方海狗進行相關研究，並設計了一個可供高度調整的平台，來操控這些海狗在陸地或水中進行睡眠。這些受試的北方海狗在研究進行時也需要安裝各式的電極，監控腦波、心電圖以及肌電圖的訊息變化，即時掌握受試海狗的生理狀態。這篇登在於《當今生物學》(Current Biology) 期刊的最新研究結果令人玩味，當他們針對陸地睡眠狀態下的海狗進行剝奪快速動眼期的睡眠時，研究顯示受試海狗再度入睡之後，並未出現先前出現於人類與大鼠研究中快速動眼期反彈的睡眠現象，且在實驗連續進行長達數周後，北方海狗也沒有如同在大鼠研究中，具有體重減輕等不良影響，從外部觀察或生理監控所得到的數據，均無法看到剝奪快速動眼期後對北方海狗有任何的生理影響。快速動眼期在高等動物睡眠當中所扮演的角色目前仍眾說紛紜；有些科學家認為快速動眼期的存在跟學習與記憶重整有關，也有人認為快速動眼期與生理上的節律性相連結，不過不論是哪種可能，對北方海狗而言，快速動眼期在睡眠上的重要性似乎是不存在的。執行本研究的加州大學 (University of California) 西格爾 (Jerome Siegel) 教授研究團隊提出一個相當有趣的解釋來說明這樣的現象，他們認為生活在寒冷地區的北方海狗，在陸地睡眠中快速動眼期的發生可能與保持大腦溫度有關，海上生活時由於隨時有一個大腦保持運作，似乎就沒有快速動眼期發生，用以提升大腦溫度的必要。當然，並非所有的學者都會認同這樣的說法。無疑的，北方海狗的特殊體質，或許正可以成為我們釐清快速動眼期在高等脊椎動物中所扮演的真正角色，成為未來更為深入了解睡眠生理現象的一塊敲門磚。 | science |
歐拉數與歐拉的數 | 在數學多個領域留下許多重大發現的數學家歐拉，許多的數學公式、方程式或定理都因他而生，就連最簡單、直接以他之名來命名的數列，都還得細分 成 Euler number 和 Eulerian numbers・・・・・・歐拉 (Leonhard Euler, 1707~1783) 是瑞士數學家，也是有史以來最偉大的數學家之一。數學上幾乎「每一個」領域都有以他命名的定理，而且都是開創性的結果。從平面幾何到一筆畫問題；從流體力學的歐拉方程到代數拓樸與多面體理論的歐拉示性數；從數論到分析，其深度與廣度真的讓人嘆為觀止。在組合數學中歐拉也做了許多原創的工作。我的專長是組合學，歐拉理所當然成為我最景仰崇拜的數學家，就連最基礎的排列 —— 討論把 1、2、 ......、n 排成一列的理論，都有 2 個數列以他命名：一是 Euler number, 另一是 Eulerian numbers。《科學月刊》一直希望專有名詞要有中文翻譯，現在可能要踢到鐵板 —— 前者是「歐拉數」, 後者是「歐拉的數」。這兩個數在數學上都非常重要，雖然兩者定義超級不同，但是歐拉居然找到把兩者聯繫起來的關係。前陣子我與幾個合作者共同發表一篇論文，推廣了歐拉的這個結果，在這裡把問題的始末跟讀者分享。歐拉數這個專欄中曾經介紹過「歐拉數 En」, 這個數是計算 1、2、......、n 的排 列中，有多少個長得像是下上下上下上...... 的形狀。這種排列稱為交錯排列 (alternating permutations), 比如 長度為 4 的這種排列有 5 個，分別是 4132、4231、3142、3241、2143 所以 E4=5。而這個數列的前幾項是〈En〉n≥0=〈1、1、1、2、5、16、 61、272、1385・・・〉歐拉數和三角函數有奇妙的聯繫。如果 用大一微積分把 tanx 用泰勒展開式展 開 (亦即用多項式去逼近), 可以得到這樣看起來沒什麼，但是若把 xn 的 係數調成 n!, 這個式子就變成那些係數就是奇數項的歐拉數！讀者要問，那偶數項的跑哪去呢？答案是 secx 的泰勒展開式因此，tanx 和 secx 都有組合意義，當代組合學宗師史丹利 (Richard Stanley) 幾年前寫了一篇歐拉數的總介紹，有興趣的讀者非常值得一讀。「歐拉的數 An,k」的定義則完全不同：寫下一個排列，比如 526314, 我們 看看有多少個 「下降 (descent)」, 在此例中是 3 個，分別是 52、63、 31。則歐拉的數便是在數 1、2...n 的 排列中，有多少個剛好有 k 個下降，比如長度為 3 的六個排列，123、 132、213、231、312、321, 下降分別是 0、1、1、1、1、2 個，因此 A3,0=1 A3,1=4 A3,2=1 | science |
蒂芬妮的記憶亂碼-與死神擦肩時的超自然體驗 | 在一切陷入完全的黑暗以前，蒂芬妮 (化名) 的日子應當不致如此科幻。去 (2017) 2 月的某日，她開著車馳騁於馬里蘭州弗雷德里克 (Frederick, MD) 附近的 I-70 州際公 路，想到自己已離家不遠，索性將車速調到速度上限的 70 mph (英里 / 每小時)。奇怪的是，隨著車速上升，他清楚地看到周圍的景象逐漸轉黑，即便靠右側的施工區仍有光照引路，卻還是一個失手撞上交雜的設備與路障，整個車子連滾帶飛地不知轉了 多少圈，最後總算停在附近的窪坑上。當該發生的事都發生得差不多後，施工區裡僅剩下扭曲變形的車體、赤裸的輪軸等殘破不堪的末日景象，此刻蒂芬妮已幾近崩潰，放聲慘叫。「我只聽得到自己的聲音。」 蒂芬妮回憶道，在聲音被屏蔽之外，她仍可清楚看到現場工人，正準備對她進行搶救，而隨後趕來的醫護人員在將她拉出來後，便送往醫院急救，雖一度失去生命跡象，然 而幸運的蒂芬妮最終還是被死神遣返人間。令人好奇的是，被「置死地而後生」的她，在這消失的瞬間裡究竟經歷了什麼？是不是就像電影《別闖陰陽界》(Flatliners) 裡女主角寇特妮一樣，在快速通過各種場景穿梭的隧道以後，經歷了許多詭異卻平靜的事件，甚至還能順暢地彈起她不太熟悉的樂章？蒂芬妮的故事在今 (2018) 年 6 月被刊登在《瀕死經驗研究群》(NDE Research Foundation) 的官網，然而這與我們所熟悉的瀕死經驗似乎有些出入。 以往經歷過瀕死經驗的個案，多聲稱自己經過一條長長的隧道並看到神秘的亮光出現，且大部分的人也都在這段旅程中感到平靜而溫暖。儘管當中不乏遭遇威脅與恐懼的案 例，卻很少有人像蒂芬妮這般「錯亂」。蒂芬妮表示這段時間裡發生的許多事都好像拼湊過一樣，比如晚上在餐館看不清楚的 海報成了另一日她所看到的唱片封面，更離奇的是在她「印象中」離院後搭車返家時，掌車司機居然知道自己發生過什麼事，而司機與車子的時代感也都給她似曾相識的感覺。此外，死而復生的她生活仍不平靜，不旦常常在不同的場合裡看到她早已遺失的項鍊或紀念品等物，有一次居然在紅燈時把燈號認成綠燈，差點就要把車給開出去，好在 經同車友人提醒，才沒釀成大禍。判定一個人的死亡狀態，不外乎量測不到心跳與自主呼吸且瞳孔放大，按邏輯推斷，腦部也會在短時間內缺乏養分與氧氣的供應，最後就像電腦一樣關機了。姑且不論重生後 的蒂芬妮生活發生什麼改變 (雖然這也是許多案件的共通特性), 在大腦關機前後她所 感受到的每件事，就像其他案例般，似乎都與她本身相關聯，這種關聯性會讓人優先想 到保存記憶的海馬迴 (hippocampus)。許多人在瀕死經驗裡都看到過「人生走馬燈」, 就生理上來看，腦部的缺氧確實會導致海馬迴的電活動受到激發，唯儲存在蒂芬妮記憶裡的片段為何重新排列組合、產生另一個畫面，恐怕還需要有更多的案例出爐、找到共通點後，才能有比較精確的推斷。 神秘且未知的特性，使得瀕死經驗研究格外吸引人，除了部分透過腦電圖蒐集腦部活動、分析該現象的腦科學與神經科學等學門，也有一些哲學家或物理學家，試圖從「意識」的觀點切入，望能找到最接近的解答。如同資深心藏與意識專家羅梅爾 (Pim van Lommel) 所述，腦電圖僅能量測大腦皮質外層的資訊，也許真有一個叫作意識的存在深埋在腦部某區從中作梗。災難發生至今已逾一年，或許蒂芬妮早已習慣生活上的小改變，不過就像其他曾「瀕臨 絕境」的個案一樣，對於生命有了超然的體悟。或許，瀕死經驗帶給人們的不僅是更深 層的自己，還有更多等著被一一解開。延伸閱讀 1. Pim van Lommel, Consciousness Beyond Life: The Science of the Near-Death Experience, Harperone, 2010.2. 成和平，《死亡跟你想的不一樣：以精采的實例揭露死亡的真相》, 臺灣商務，2011。 | science |
嗅著世界的味道 | 有些味道讓你想起某個回憶、某段故事，就像聽音樂一樣，總有回憶連結。嗅覺是動物五感中相當重要的一種，通常與味覺整合交互作用，有些動物可能沒有厲害的視覺，卻有著相當敏 銳的嗅覺。此外，嗅覺也能透過鼻子內受器感受空中的化學訊號，並將其轉化為其它感覺。在生活中有許多的味道，比較常見 覺運用為吃東西，在食用時嗅覺是感受食物味道相當重要的角色 (感冒時會感覺食之無味)。而有些味道的來源 卻相當讓人好奇，像是下雨的味道、 棉被曬過太陽的味道、老人特有的味道等。下過雨的味道，像是泥土的味道，清新純潔。為了了解「雨味 (petrichor)」 從何而來，麻省理工學院分析雨落在土壤上的狀態後發現，毛毛雨因為降落的速度較慢，會在與土壤中接 觸時放出獨特香味的氣膠；另外，當土壤由濕轉乾時，土壤中的放線菌 (actinobacteria) 會釋放孢子，而孢子表面的土臭素 (二甲基–9–烷醇) 也是組成「雨後味道」的成分之一。除了下雨的味道外，剛曬完的棉被也會讓人想要多聞幾下，彷彿抱著溫暖的太陽。曬完棉被的味道是怎麼來的呢？流言流傳氣味來自塵蟎高溫下的屍體，其實不然，曬太陽的溫度不足以殺死塵蟎，棉被味道主要來自於陽光中紫外線 照射織品，產生的臭氧氣味。另外引議論的氣味還有「老人味」, 即年紀大的人身上會有獨特的體味。根據 2001 年日本資生堂研究中心研究員土師信一郎等人研究報告顯示，老人味原因為大量皮脂分泌，導致年長者身上產生 2 - 壬烯醛 (C9H16O) 的成分，即「老人味」氣味來源。嗅覺與生物健康有重要關聯，近期大量嗅覺研究投入，期待未來更多的發現。打開五官，感受世界，會「看」 到更多用眼睛看不到的驚喜。延伸閱讀 Shinichiro Haze, Yoko Gozu and Shoji Nakamura,2-Nonenal Newly Found in Human Body Odor Tends to Increase with Aging, Journal of Investigative Dermatology, Vol. 116: 520-524, 2001. | science |
外表背後的容貌心理學 | 化妝，不只是為了能讓外表亮眼、具吸引力，更是能提昇自身自信的關鍵。 《科學月刊》上 (582) 期談論妝品科學，不只是探討化妝品的成分、機能性等，甚至在妝品消費、化妝需求等心理 層次上的影響都有深入淺出的分析。然而，一張面容姣好的臉究竟能為生活或職場上帶來什麼樣的優勢？其實，經濟學家很早就注意到容貌會影響工資，即使是外表與工作表現無關的職業中也是如此，這似乎意味著較具吸引力的男人或女人的薪水比一般人更高，即便兩者做著相同的工作內容。為了找出這項「美貌」背後隱藏的原因，由哈佛大學 (Harvard University) 的莫比烏斯 (Markus Mobius) 和衛斯理大學 (Wesleyan University) 的羅森布拉特 (Tanya Rosenblat) 進行一項實驗，他們招募一批學生，並將他們分成雇主與應徵者。一開始，請應徵者先填 寫履歷，包括性別、年齡、學業、工作 經驗和興趣等個人資本資料。之後，研究人員給應徵者一個簡單的謎題，並在應徵者完成此謎題後，要求應徵者評估自身在 15 分鐘內能夠解開多少類似的謎題，此評估代表應徵者衡量自身能力 的信心程度。接下來，雇主則透過 5 種不同的形式進行篩選，分別是只看簡歷；簡歷和照片；簡歷和電話面談；簡歷、照片和電話面談；簡歷、電話面談和面試，透過這些 資訊預估應徵者能夠在 15 分鐘內解決多少謎題。接著，實際讓應徵者進行測驗後發現，外表出眾的應徵者其答題能 力與面容一般的應徵者並無顯著差異，但是外表出眾的應徵者會對於自身的能力較有自信，進而受雇主青睞。這顯示 著由於他們顯現出的自我信心，其特質於對雇主而言是極具吸引力的。研究也發現，若雇主在只看履歷的情況 下，外表是不會左右他們的評估或判 斷，但若是在其他試驗組別中，則會有 僱主高估外表出眾者的能力，尤其是在面對面面試的組別中更加明顯。有趣的是，僱主認為漂亮的人具有較高能力的錯估也會出現在電話面談的組別中，代表著外表出眾者能將其個人的自信藉由 電話面談傳達出來。根據實驗計算，發現大約會有 15~20% 因外表姣好產生的高估，是來自於對自身自信效果加成的結果，經濟學家也將之稱作美容溢價 (beauty premium)。透過上述的實驗，似乎可以發現人們 對於長相較出眾的人會有較高期望的 預期心理。從另一個實驗中也可以得到相同的結果，由聖地牙哥加州大學 (University of California, San Diego) 的安德羅尼 (James Andreoni) 與喬治亞州立大學 (Georgia State University) 的皮特里 (Ragan Petrie) 所做的外貌與 能力的實驗中，研究人員設計出一種需透過個人貢獻度的多寡來完成目標的遊戲。此遊戲的設定為個人貢獻度越高，則能獲得的遊戲貨幣越多，並且每個人 都有機會在過程中藉由合作，來獲得他人貢獻所得到的貨幣。在進行遊戲前，受試者預期長相較出眾 的玩家能貢獻較多，且會與他人有更多的合作。不過，最終的研究結果卻顯示長相較出眾的玩家貢獻度與他人並無明 顯差異，不僅如此，在合作方面更是不如先前預測，在遊戲中相較於一般人則顯得較自私。所以，綜觀各項研究成果似乎也顯示著，「美貌」其實是一把雙面刃。倘若外表較出眾，人們便會貼上「高能力值」的標籤，進而產生「會有突出表現」 的預期心理。然而，當結果顯示出其能力上與他人無異時，則會使人覺得大失所望。所以，看到這裡，長相平凡的讀者是否慶幸，因著平庸，使其更容易達到他人期望而感到安慰呢？延伸閱讀 1. Hal R. Varian, The beauty premium: Why good looks pay, The New York Times, 2006/4/6.2. Markus M. Mobius and Tanya S. Rosenblat, Why Beauty Matters, American Economic Review 96, Vol. 1: 222-235, 2005.3. James Andreoni and Ragan Petrie, Beauty, Gender and Stereotypes: Evidence from Laboratory Experiments, Journal of Economic Psychology, Vol. 29 (1): 73-93, 2005. | science |
如何逃出「目的論」 這個漩渦看演化 | 有人指摘「某個物種『演化出某項本領』」, 這種話似乎已違反了演化 沒有目的性的精神，筆者也曾在瀏覽網路時見網友評論道:「連專攻生 物的研究生、教授都說出『某某生物為了怎麼樣而演化出甚麼樣的結構』 這類不恰當的描述。」但事情真的有這麼嚴重嗎？這種指控成立嗎？某日，筆者隨手拿起一本 452 期的 《科學月刊》, 翻到第 569 頁讀到 「大滅絕之後的殘存生物群，在近乎空敞的生態系中，『 邁向』輻射適應的演化進程......」(自然科學博物 館程延年博士撰), 又在第 571 頁讀 到「...... 氧氣下降，對動物也是一挑戰，讓牠們『演化出』增加吸氧的能力」(陽明大學微免所程樹德教授撰) 這樣的句子。從這些內容可以清楚看到，由於我們習慣用「主動式動詞語態」去敘述物種的演化，生物學家甚至還會不自覺 地用帶有功能屬性 (attribution of function) 的語氣去描述自然現象，例如:「 昆蟲『用』保護色和擬態『去』欺敵 (圖一)」。然而，這不是中文獨有的狀況，連英文也出現同樣的情形。過去，生物學 泰斗邁爾 (Ernst W. Mayr) 在《演 化是什麼》(What Evolution Is) 裡 曾寫道:「 ...mammals have been able to develop flight and aquatic... (哺乳類動物已『能發展出』在空中與水域生存的型態)」; 演化學家 柯尼 (Jerry A. Coyne) 也在《為什 麼要相信達爾文》(Why Evolution is True) 裡這麼寫著:「Tiktaalik was well adapted to live and crawl about in shallow water, peek above the surface, and breathe air (過去，提塔立克魚在水中爬行、水面窺視，或水面上呼吸等處都『適應良 好』)」; 生理學家戴蒙 (Jared M. Diamond) 的科普經典《第三種猩 猩》(The Third Chimpanzee) 裡有: 「In short, we evolved, like other animals, to win the reproduction game (簡單來說，我們如其他動物 般演化，以在這場生殖遊戲裡『搏得勝利』)」。上述這 3 本書其實都大有來頭：殿堂 級人物邁爾所撰寫的《演化是什麼》 曾毫無懸念地被基礎出版社 (Basic Books) 列入「科學大師系列」,《為 什麼要相信達爾文》在 2010 年獲《新 聞週刊》評選為「我們這些年 50 本 好書」之一，而《第三種猩猩》在 1992 一年內同獲英國皇家學會科學 圖書獎和《洛杉磯時報》科學圖書獎。由此可知，經典如是，卻也難逃這種帶有目的性的敘述魔咒。的確，幾乎所有生物性狀「看起來」都是有目的的，如鳥的翅膀用來飛、動物的眼睛用來環視四週、腎臟用來調節血液成份等。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
5000日後的人類, 如何與當代科技共生? | 無論是手塚治虫所描繪的 21 世紀仿生人《原子小金剛》 (腕アトム), 還是電影《機械姬》(Ex Machina) 裡 通過圖靈測試的機器人艾娃 (Ava), 這些動畫與科幻電影中充滿創造性的素材與角色，長年型塑人類的未來，等待的只是被實踐的那一天。《時代》(Time) 曾在相關報導中提到，Google 技術 長喀茲威爾 (Ray Kurzweil) 根據摩爾定律 (Moore's law) 推斷，在 1900 年代 1000 元美金可購買約等同昆 蟲的電腦運算能力，到了 2025 年其已成長到相當於一 個人類大腦，若摩爾定律持續有效，則人類與機器性能 交界「奇異點 (singularity)」 將於 2045 年到來，這 波機器人革命的結果將會超乎人類的想像。解析過往的電腦與 AI 應用，其層面之廣，舉凡科學實 驗、電腦繪圖、火箭發射或區塊鏈等都能見其身影，然這些與當代社會息息相關的生活科技究竟是何方神聖？東華大學應用數學系副教授魏澤人從藝術領域出發，提 到包含圖層的向量運算、壓製 JPEG 檔、RGB 顏色相加、 高斯模糊和魔法棒等工具，其實充滿著函數值的魔法。再往前點看，可以發現數學在這場科技的「超速飛行」裡扮演著很重要的角色，而且也並非只是由數字、算式組成。這門在一般大眾眼裡不知有何用武之地的學 問，在人工智慧裡的成就，可從機器的深度學習 (deep learning) 開始說起。在一片應用程式海與機器人戰隊的背後，很多事情最終追求最佳化 (極值) 的答案，而解決這個問題的方法正是微積分、線性代數及統計。在 AI 裡，一般神經網路會先作正向傳播 (forward propagation) 然後取得誤差 (error estimation), 將最終結果進行回傳 (backward propagation), 而後使 用梯度下降法、連鎖法則等方式求得最佳權重，這些東西就是微積分中的微分。許多人看到這些名詞便感到相當頭 痛，然正如數學家馮紐曼 (John von Neumann) 所言:「如果人們不相信數學很簡單，那 只是因為他們沒有發現生活有多複雜。」 若要把諸如吃飯、購物、旅行等日常生活化約成一個個的公式，數學顯然簡單許多。利用這些「簡單的數學」所打造的人工智慧，輔以數據資料進行分析，便能隨時間得到許多有用的資訊。意藍科技創辦人楊立偉表示，大數據就像待人開採的油田，AI 則是煉油的工具，至於會煉出什麼東西，還得看人 們是否密切掌握工具技術、對演算法是否有一定程度的了解，提煉的內容也須回歸產業的核心知識。根據 IBM 2005~2008 年的調查報告指出，人類有 90% 的資料是近 2 年產出的，而這些資料在未來只會產生得 越來越快，也因此培養 AI 時代的素養也成了時勢所趨。 另外，資料科學家普遍認為，在想事情時需要有連結、邏輯與程式化的概念，才能在段時間內組織許多應用。當技術的概念與方法有了以後，就要將不同的專業領域 (domain knowledge) 連結起來，如楊立偉助理教授過去 在輿情分析與預測某事件爆發的經驗中，就運用組織裡其他專業人士的方式、跨領域解決問題，無論是用傳染病學模型分析輿情，亦或是以社會學中群體歡愉現象來預測事件爆發，這些都不是資工背景的專業能掌握的訊息。人工智慧作為一種產生「複利」資訊的工具，除了讓人們能在短時間內得到海量得資料外，更可透過資料分析得到其它功能，如同機器也在思考一般。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
為了這世界的美好 | 近年來，人工智慧議題發燒，全世界都在瘋 AI, 各 領域更是隨處可聽見此字眼。在學術與產業領域中，學者與工程師們無不卯足全力開發出各種不同情境下能使用的演算法、機器學習或深度學習相關軟體，以因應現今大數據時代的來臨。縱使，社會中也存在著不同的聲音，認為現今發展尚未完全成熟，還不足以稱作是人工智慧。不過，透過各界學者、工程師的努力，現階段其實已有些初步的成果與相關應用。人工智慧對於人們而言，似乎也不是如此遙不可及......。汽車工業的發展至今已有百餘年的歷史，在行車性能與安全性上已有很完善的設備，不過，這是指依靠人類駕駛時的情況。這些年來，在半導體面板、自動控制技術的進步之下，已有不少裝有各種先進駕駛輔助 系統 (ADAS) 功能的汽車問世，像是前方碰撞警示、 車道偏移警示、障礙物偵測示警、盲點偵測警示、彎道翻覆示警、停車輔助或駕駛狀態監控系統等，讓汽車能夠協助人們在行車時更加便捷、簡單。但是，不論是自動主車道維持、自動適應巡航控制、自動煞車或各種警示系統等，皆屬於自駕車的初階等級，在必要時仍需駕駛者進行手動的操控，距離完全不需人們手動控制的自駕車或無人車仍十分遙遠。而面對此差距，便得嘗試從人工智慧的範疇進行突破。想打造一台完全由機器進行主導的自駕車，首先得跨 越 4 個關卡，必須讓汽車能判斷現在是身處何處、周 遭微環境的觀察、行車時的即時路況與在面對各種狀況的判斷，才能確保車內、外的人事物安全。所以，一開始便需要十分精準的定位系統，以現今的 Google 地圖為例，其誤差大約是介於 5~20 公尺，然而這對 於行車時間距可能僅數十公分或甚至有時需開進小 巷、與差距僅 10~30 公分的另一車輛會車而言，精準 度遠遠不夠。第二個關卡則是要讓汽車能判斷周圍的景象，包含各種路牌、安全島或紅綠燈號誌等；接下來則必須對行車時的即時路況進行判別，像是行人突然從車子左邊竄出、有另外一輛車靠近等；進行判別後，進一步需要能做出及時反應，如同人腦快速思考與運轉後所做出的反應一般，當能完美無缺的做出判斷並執行動作時，才能稱作是自駕車。為此，工研院開發出自駕車虛擬驗證發展平台，先利用電腦進行相關模擬，當中包含虛擬實境、各種突發狀況的擴增實境；提供白天、夜晚、晴天和雨天等不同的真實環境和各種模擬的虛擬系統。再者，為了讓自駕車能夠像人一樣進行各種即時判斷，團隊先利用人們手動駕駛時所提供的各種路況情境的操作，錄製成大量的感測與控制數據後，再透過演算法運算與深 度機器學習，建立出自駕軟體。經過 4 年多來的研究，如今工研院中已備有自駕車實驗場域，能實際測試自駕時可能會發生的情境。工研院機械與機電系統研究所所長吳竹生表示，現今的汽車相關模組，是著重給人們使用；而未來自駕車關鍵模組的開發，則必須專為自駕車而設計。他也表示目前的人們具備以汽車物理現象為基礎的數學模型，未來則需將此基礎往外延伸，加入以數據驅動的機器學習自駕軟體，才能解決實際上自駕車會遭遇的所有問題。除此之外，自駕車的安全性，也是人們關注且不容忽視的一大問題。根據實驗數據統計，在美 國，平均每 1 億英里的距離，會有一人因手動駕駛而 死亡。因此，對於自駕車而言，未來要如何到達此安全性或甚至是更優化。這不僅是人類對有效安全性的認可，更是自駕車未來的挑戰。臺灣自 1995 年開始，不分男女老少，皆全面實施全 民健保。而全民健保的建立，卻意外地為 20 年後的人 工智慧，帶來不容小覷的優勢。為什麼說全民健保使臺灣有實力發展醫療 AI, 兩者間有什麼關聯性？其實，關鍵在於全民健保此一特殊的醫療體系。自健保第一天實施開始，全臺民眾至醫院 看病時，皆使用制式化的電子病歷 (e-claim), 且所 有的診斷、用藥統一直接由醫生進行編碼，使電子病 歷資料有一個標準化的系統。所以，截至 2018 年，臺灣已在這 23 年來累積了大量的醫療資料庫，未來在 人工智慧持續發展之下，此大數據庫將能有助臺灣在醫療方面的競爭力。臺北醫學大學醫學科技學院院長李有專表示，雖然人工智慧能運用在醫療的面相可謂是相當廣泛，但對當今的醫療而言，現階段期望能透過人工智慧，即時改 善醫療主要有三個方向，分別是醫療錯誤 (medical errors)、品質不佳 (poor quality) 與以偏概全 (one size fit all approach)。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
AlphaGO 稱霸後的第三波 人工智慧革命 | 2016 年 3 月，由 Google DeepMind 團隊開發的人工智慧 (AI) 圍棋軟體 AlphaGO, 以 4:1 的成績擊敗 韓國職業棋士李世乭；隔年，又以更強大的運算能力，打敗世界排名第一的棋士柯潔。這兩場 AI 與人類在圍 棋上的世紀對決，讓更多人實際見識到 AI 已能進行複雜的運算與判斷，並能透過與自我學習來強化能力。AlphaGO 雖然退役，但它帶起的 AI 潮流才正揭開序 幕，未來 AI 會怎麼走？我們又能怎麼好好利用這強大的科技？為了解這一波 AI 的浪潮，臺灣大學資訊工程學系教授 林守德首先帶著我們回顧 AI 的發展歷史。在 80 年代 前後，人類想方設法將專家的知識用電腦語言輸入，希望電腦能運用這些規則來為人類解決問題，例如找一群頂尖的醫師，將他們對於疾病的瞭解、診斷方式輸入電腦，由電腦為病人診斷病情。也就是說，這個 時期的 AI 性能取決於現有知識的多寡，沒有自我學習 能力，只要超出知識編碼範圍就無能為力。90 年代以後進入 AI 第二波革命，搭著電腦記憶體運 算能力增強、網際網路開始發展的順風車，AI 有了更 多可能。一來，網路使資料取得更容易，能提供給電腦的資訊增加；二來，硬體設備、技術的進展，擁有高速運算能力，讓機器學習變成可能。「機器學習與第一波人工智慧不同之處，在於我們不再直接寫規則教電腦什麼是對的什麼是錯的，而是讓電腦藉由搜集到的資料自己去學、去判斷。」林守德說。因此，電腦有可能自己從資料中歸納出人類從沒想過的新準則。其中，機器學習中最受矚目的「深度學習」, 就像是人類的神經網絡一般，由一層又一層的非線性函數組成，這些網絡透過訓練與學習，在面對以往未曾經歷的狀況時，能夠透過運算來判斷最適當的反應。這樣的技 術其實早已發展 2~30 年之久，但礙於先前於資料訊息 量過於龐大，導致硬體技術還未跟上。要了解近幾年深度學習的發展，NVIDIA 解決方案架 構經理康勝閔以 2010 年開始的「ImageNet 大規模視 覺辨識挑戰賽」舉例。ImageNet 的資料庫中有 1500 萬張圖片，分類在超過 2.2 萬個類別中，比賽時會從 中取出部分圖像，讓參賽團隊開發的演算法做辨識。最初參與的團隊沒有應用深度學習，單純以程式擷取 圖像特徵作辨識，正確率只有大概 70% 左右。然而，加入深度學習的概念後，辨識的正確度逐年攀升，到 2017 年最後一屆挑戰賽的冠軍隊伍，已經可達 97% 左右的準確率，勝過人類的 95%。深度神經網絡的運作，得先從「訓練」(training) 階段開始。一開始會透過輸入大量的資訊訓練神經網絡，以圖像辨識來說會輸入圖像以及每個圖像的標籤，告訴神經網絡圖中有隻貓，讓它學習如何辨識貓這個元素。每個神經元會依照要執行的工作，對輸入內容的正確或錯誤程度給予一個權重值，逐漸建構起一個資料架構，並以學習到的內容對各項權重值進行微調。完成訓練的神經網絡，就可開始應用在「推論 (inference)」上，也就是面對從未見過的資料，進 行辨識與分類。康勝閔舉例，深度學習神經網路在目前已有貼近生活的應用，包括手機上的人工智慧助理 Siri 或是 Ok Google, 都具有語音辨識與搜尋的能力；YouTube 影片即時翻譯字幕；或是網路行銷透過使用者的瀏覽歷程、消費經驗推薦相關商品，也都包含了或多或少的人工智慧應用。未來，這些深度學習神經網路也可望成為醫療產業的幫手，協助醫師判讀醫學影像；在高科技製造業中成為品管必備的工具，幫忙在產品出廠前進行仔細的瑕 疵檢測。這些應用發展將為人類打造未來 AI 城市、 生活更進一步。康勝閔表示，NVIDA 致力於推動 AI 領域的發展，特 別是透過發展圖形處理單元 (GPU) 加速運算，平行 圖形處理的運算方式加快處理速度，讓深度學習的訓練速度加快。除此之外，也透過開設網路課程、分享原始碼和開研討會的方式，將資源公開給其他研究者參考。並贊助相關的新創公司，讓他們有資源能夠作持續性的研究。「我們得開始思考好的方法，讓學界和業界能夠合作，相信會有更多很好的 AI 應用產生。」康勝閔說。2017 年 AlphaGO 締造了近期深度學習發展的高潮，在此之後 AI 為求突破得面臨了第三次的革命。林守 德認為 AI 接下來要面對 5 個難題，而且並不完全是 技術上的問題。首先，他認為得從「弱人工智慧」進到「強人工智慧」, 也就是從以往只能狹隘處理單一功能，進步到能夠擁有更全面的智慧。我們期許強人工智慧能夠更像人，不是只會下圍棋或回答問題的單一能力，還能與人溝通互動、推理辨識、創作發明，甚至跑跳遊戲等能力。再者，AI 所獲得的成就是單打獨鬥的結果，還無法與 人合作。林守德表示，人與人之間的合作牽涉到溝通、觀察、說服等多元能力，是個需要有同理心、信任感、 溝通技巧的複雜工作，目前的 AI 還不具備這樣的能 力，但未來人與 AI 合作勢在必行。而 AI 的安全性一直是各界關心的問題。最近的研究已 經顯示深度學習的系統的判讀，其實是有漏洞可以被愚 弄的。很容易想像的是，當 AI 被大量應用在生活中時，隨即得面對第一個以 AI 為目標的病毒進攻，如何防範 這樣的攻擊，也當是發展 AI 的同時需要思考的問題。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
由人工智慧看 臺灣產業大未來 | 2018 年美國消費性電子展 (CES) 以創新高的參展人數與參展廠商家數，向各界揭開今年度高科技產業的發展動向。人工智慧 (AI) 毫無意外地成為本屆 CES 的展示重點，也使智慧化成為本屆 CES 的重點趨勢。各大業者莫不以 AI 作為展出重點，從大型晶片 業者如英特爾 (Intel)、高通 (Qualcomm)、輝達 (NVIDIA); 終端大廠如三星 (Samsung)、海爾 (Haier); 平台業者如百度；傳統科技大廠如 IBM 到其他各類型創新業者，甚至臺灣的工研院，莫不強 調 AI 的技術能力或相關應用。AI 儼然已繼續成為 2018 年高科技業的熱門議題，從 CES 展場中 AI 的應用分類，可見包括機器人、無人車、 智慧家電、智慧運動輔助、智慧零售與物流與智慧金 融等。相關應用莫不強調 AI 對終端裝置的加值效果，使終端裝置變得更為聰明與人性化，讓使用者更便利。臺灣在探索人工智慧機會時，需從解構產業鏈的層 面著手。人工智慧的基礎有 2 個關鍵，分別是大 數據與蒐集數據的晶片 (IC chip)。 而人工智慧產 業鏈也有 4 個環節，分別為資料∕數據、人機介面 (human machine interface)、運算處理力與演算法 (algorithm) 以及機器學習 (machine learning)。 所 以當盤點產業鏈的環節、尋找價值提升的缺口時，無論從哪個環節，人工智慧最關鍵的核心與商機乃是各種智慧場域的應用與服務。因此，人工智慧的崛起已加速國際大廠及新創業者的投入，帶動各行業運用人工智慧進行創新創業或加值活動。使得晶片及硬體業者、資料分析業者及系統整合服 務業者紛紛加入 AI 產業鏈，讓人工智慧完善其生態系。依據普華永道 (PricewaterhouseCoopers, PwC) 2017 年的預測，北美市場由於對 AI 的準備較周全，企業生產力提升的速度將高於中國大陸，將增加北美 國家 14.5% 的 GDP,AI 市場規模達 3.7 兆美元。但 預估 10 年後，中國在 AI 的技術和經驗更加成熟，其 提升速度將超越北美，在 2030 年可望增加中國 GDP 的 26%,AI 市場規模達 7 兆美元，成為全球因 AI 受 惠最大的國家。日本《讀賣新聞》2018 年 2 月在題為〈中國在人工智 慧領域迅速趕上美國〉的報導指出，中國在人工智慧領域，具充足的研發預算、擁有能力出眾的人工智慧人才及掌握大數據等三大優勢，使得中國未來有機會超越美國。中國國務院早於 2017 年 7 月提出「新一代人工智慧發 展規劃」, 為針對人工智慧首次提出國家級政策，將以 三階段進行發展規劃，目標於 2030 年成為人工智慧技 術與產業應用大國，以下為預計進行的目標：1. 2020 年：此階段發展目標是在人工智慧整體技 術應用上與世界先進水準同步，希望促成人工智慧產業成為新的經濟成長點，人工智慧技術應用成為改善民生的新途徑。2. 2025 年：人工智慧成為產業升級和經濟轉型的 主要動力，智慧社會建設達成積極發展。將新一代人工智慧廣泛運用在智慧製造、智慧醫療、智慧城市、智慧農業與國防建設。3. 2030 年：在人工智慧理論、技術與應用將達到 世界領先水準，成為世界主要人工智慧創新中心。形成涵蓋核心技術、關鍵系統、支撐平台和智慧應用的完善產業鏈和尖端產業群。中國對於人工智慧發展的布局，將設立「1+N」人工 智慧計畫群，結合新技術開發與國家重點項目相互配 合。「1」是指新一代人工智慧重大科技專案，聚焦基 礎理論和關鍵共同技術的前瞻佈局；「N」是指眾多國 家重點研發計畫與新興科技將加強與新一代人工智慧銜接，協同推進人工智慧的理論研究、技術突破和產品研發應用 (圖一)。環顧中國 AI 發展規劃內容，在 AI 基礎理論、產業應 用、核心晶片發展都與臺灣的 AI 發展有重疊之處，未 來臺灣勢必會面臨更大的競爭。唯有發展臺灣自己的獨特性 (利基應用領域)、差異性，才能在全球數位經濟浪潮下的競局中脫穎而出。相關物聯網與感測器的發展也可配合 AI 的發展趨勢，AI 開發需要大量數據，臺灣目前在大數據資源相對較 少，因此透過建置感測器與推展智慧終端設備與產品，利用物聯網蒐集資料，針對環境或是特殊場域所收集的資料進行人工智慧開發，例如在金融科技、智慧製造、智慧健康醫療、與智慧交通等領域深入發展。並藉由這些智慧場域驅動半導體相關特殊應用晶片之製造，以完善臺灣的人工智慧生態系。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
AI 浪潮下臺灣 的抉擇與未來 | 人工智慧 (artificial intelligence, AI) 絕對是近年 來科技界最熱門的話題。這點從網路上充斥的大量相關科普文章與報導便可感受到一股濃烈的氛圍。《科學月刊》與張昭鼎基金會，去年 9 月份即決定以「如何面對 AI 時代的浪潮」作為「2018 張昭鼎紀念研討會」的討論議題，並積極的展開研討會的相關準備工作，包括邀請臺灣 AI 方面產業與學術界的專家，如臺灣 AI 戰略總推手科技部長陳良基、微軟公司人工智慧 (AI) 部門亞太區研究總監杜奕瑾、資策會產 業情報研究所總監陳子昂、臺灣大學資工系教授林守德、輝達公司 (NVIDIA Corporation) 經理康聖閔、 工研院機械與系統研究所所長胡竹生、臺北醫學大學科技學院院長李友專、美國微軟總部全球資深副總裁全球人工智慧輸入部郭昱廷、臺灣大學資工系教授賴飛羆、東華大學應用數學系教授魏澤仁、意藍資訊董事長楊立偉與逢甲大學合作經暨社會事業經營學系教授翟本端等專家與會，從國家戰略、研究議題到教育 應用等面向來探討臺灣政府，企業直至個人面臨 AI 浪潮下的轉變，是一場相當豐富的知性饗宴。相信有許多讀者跟筆者一樣，所學的專業背景跟 AI 領域有些距離。不過 AI 浪潮涉及的並非僅單一專業領域的跨世代進展，更可能涉及的是人類生活方式的全面改進，所以藉由筆者的凡人觀點，或許讓更多人理解 AI 世代除卻在技術細節之外的衝擊，開始更深入的思考如何因應 AI 浪潮所帶來的改變。近年來世界 AI 科技的發展突飛猛進，在筆者一個門 外漢的眼中，已經進步到宛如科幻片的等級。例如中國百度研究院院長林元慶先生在電視節目中所示，透過電腦模擬以及人臉辨識系統，成功協尋一位失蹤長 達 27 年的兒童，讓人感到相當不可思議。Google 公 司旗下所開發的 Duplex 人工智慧系統，由於對答流 暢，最近也被認為可以通過所謂的圖靈測試 (Turing test), 意味著一般人與之對答難辨真偽。在這樣來勢 洶洶的 AI 趨勢之下，臺灣是否還有機會順勢而起，開創科技產業的另一個高峰呢？這或許是所有關心 AI 議題的大眾心中的疑問。面對 AI 浪潮的來勢洶洶，臺灣執政當局有一套詳細 的策略規劃。整個戰略上的規劃與推動由科技部統合，希望能凝聚臺灣先天優勢，在有限資源下集中火力進行點突破，並由學界作為研發核心，整合產業以 及應用者之間形成網狀生態系的整合。在以 2022 年 為「國際 AI 應用大爆發年」的想定之下，制定 2017 年為「臺灣 AI 元年」, 希望能夠透過 6 年內有系統 的戰略及戰術構想與資源投入，期許臺灣的 AI 軟硬體技術得以分進合圍，接軌世界的舞台。戰略的本質是什麼呢？陳良基在研討會當中有相當清楚而精采的講解，先前《科學月刊》的專訪中陳良基也清楚地提到相關的重點，在此不再贅述。簡單的說，研發、應用及硬體開發的整合是我們迎向 AI 浪潮的重要戰略方向。演算法 (algorithm) 是整個 AI 應用的「大腦」, 這個大腦可以透過巨量資料的反覆訓練，經由深度學習 (deep learning) 找尋數據之間的關聯性，從而達到 逐步提升反應速率與正確性的目標。像是大家熟悉的手機語音辨識系統，在近年來正確率有臻進完美的傑出表現，便是演算法不斷修正後的結果。人類目前仍然無法創造如同人類靈活思考，旁徵博引的演算法，所以想要專精解決一項問題，必須開創全新的演算法，例如去年挑戰世界圍棋棋王成功，聲名大噪的 AlphaGo, 就是一款專門為下圍棋而生的演算法。 所謂殊途同歸，解決一個問題時可以用不同的方式解決，在設計上各有巧妙，例如研討會當中，杜奕瑾所分享的案例，臺灣人工智慧實驗室所開發的人臉辨識系統演算法，便可以在更少量的資料訓練成功率達 99.7%, 與目前中國所開發之人臉辨識系統的辨識成功率相當。足見巨量資料庫的建置與更為先期的投入固然具有優勢，但這個優勢並非絕對，透過更巧思的 設計演算法的核心，就會有機會後發先至，在這 AI 產業佔有一席之地。科技部自去 (2017) 年起分別在臺灣大學、清華大學、 交通大學及成功大學創立「AI 創新研究中心」, 整合 演算法等 AI 核心技術的研究能量嘗試突破創新。這 些研究中心的成立並非只是經費的投入與學術成果的產出。陳良基先前在《科學月刊》的專訪中表示，希 望這些 AI 創新研究中心的成立可以成為國際知名的研究中心，得以吸引國際學者來此進行學術交流與共同研究。顯而易見的，國際合作與資源共享是部長心目中健全臺灣在 AI 世代來臨之時，仍能具備國際競爭力的理想方式。重金投入的 AI 創新研究中心究竟能有怎樣的成效 呢？在研討會中，臺灣人工智慧實驗室杜奕瑾的報告，用深入淺出的方式讓我們理解臺灣目前在 AI 研發上的軟實力。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
食蟲的千萬種可能 | 食用昆蟲 (entomophagy) 是指人 類以昆蟲作為食物的專有名詞。人類從森林或其合適的棲息地收穫昆蟲的卵、幼蟲、蛹或成蟲，以便作為食物。食蟲的歷史可能有數千年，目前仍在許多熱帶國家盛行。世界上許多國家和地區早就視昆蟲為美味食品，也各自衍生出具有獨特的食用種類、方法和文化。人類食用昆蟲的調理與加工大約分為以 下 4 種方式：1. 直接食用，如螞蟻、蜂蛹。2. 經前處理後烹調成菜餚或小吃。3. 以加工方法乾燥、磨製成粉末或製成罐頭。4. 提取昆蟲中的機能性成分，作為添加物或藥物使用。「後院的昆蟲 (Insects in the Backyard)」是泰國第一家將六足動物作成精緻料理的餐廳，主菜有蟋蟀麵粉製作的義大利麵，配上炸蟋蟀、黑羅勒香蒜醬和香腸，也有烤鱸魚配「螞蟻魚子醬」、蚱蜢濃湯燴飯佐海鮮、乾番茄蚱蜢和蠶粉提拉米蘇搭配蠶蛹等，都是主廚精心設計的昆蟲美食。此外，位在紐約的墨西哥餐廳 Toloache 則推出炸玉米餅中塞滿瓦 哈卡風格的蚱蜢乾。而在英國倫敦的 Archipelago 餐廳，消費者用餐後 可以點購 11 美元的奶油布蕾 (Baby Bee Brulee), 上面放著酥脆的小蜜 蜂搭配食用。另外，英國的葡萄酒經 銷商 Laithwaite 甚至發布全球首個 可食用昆蟲與葡萄酒的搭配指南，教大家如何將可食用昆蟲與葡萄酒進行搭配。聞名世界曾經 4 度獲得「全球 50 家 最佳餐廳指南」冠軍及米其林二星，位於丹麥哥本哈根的 Noma 餐廳，主廚瑞哲彼 (Rene Redzepi) 將活 螞蟻放在奶油上搭配樺樹口味的冰淇淋甜點，嘗起來就像檸檬草的味道。此道菜為餐廳的名菜，名稱就叫「螞 蟻 (Ants)」; 而在日本的限定餐會 (Noma Japan) 則以一道螞蟻佐 生牡丹蝦呈現；在墨西哥則使用蟻蛋、烤蚱蜢、螞蟻泥佐鮮蔬及花果一起入菜，相當受到矚目。日本也有昆蟲料理研究會，介紹推廣食用昆蟲及辦理品嘗會，並推出相關寫真書籍；東京一家拉麵店由於店長從小就喜歡吃蟬蛹之類的昆蟲，為了推廣食蟲觀念及創新，在自己的店裡推出限量昆蟲拉麵的活動，以豚骨高湯麵加上油炸好的蟋蟀、麵包蟲和蚱 蜢等昆蟲，每碗拉麵售價在 1000 日元，推出後頗受好評。在臺灣的鄉鎮餐廳、休閒農場也常見提供炸蟋蟀、 蜂蛹、螞蟻煎蛋等料理。2015 年，米蘭世博會以「滋養地球、生命的能源」為展覽主題，在未來食物區展出各種可食用昆蟲，如酥脆的蚱蜢點心、包著蠍子的巧克力等，除了挑戰饕客膽量與味蕾外，也具有教育與宣示意義。一般來說，直接烹調蟲體，由於顧慮消費者看到昆蟲外觀導致不易接受，所以將它加工、乾燥或製成粉末。除了便於民眾推廣外，也方便做成 各種產品販售，如蟋蟀粉 (cricket flour) 為一種高蛋白質粉末，可以 單獨使用或與麵粉混合，製成餅乾、馬芬或煎餅等產品或與巧克力、堅果等做成高蛋白質棒狀零食。在泰國，則有可以直接服用作為補充蛋白質的保健食物或食品添加物，如蚯蚓粉 (earthworm flour)、 蝗蟲 粉 (locust flour) 或蟋蟀粉膠囊 (cricket powder capsules) 等，除可以減低消費者對直接食蟲的疑慮外，也提升其營養性與多元利用性。世界上許多國家和地區視昆蟲為美味食品，也各自衍生出具有獨特的食用種類、方法和文化。在東南亞，泰國大概是吃最多昆蟲的國家，大約有 200 多種昆蟲被吃下肚，傳統市場、夜市經常看到攤位擺滿成堆的油炸或成串燒烤的蚱蜢、蟋蟀、蜜蜂幼蟲、蠶、螞蟻蛋和白蟻等。而炸蜘蛛則是柬埔寨一道著名小吃，吸引許多國外旅遊報導，當地人將一種捕鳥蛛科的大型蜘蛛捕捉後，油炸食用。 但事實上，蜘蛛有 8 隻腳，身體分頭胸 部和軀幹部，都與昆蟲的特徵不同，不算是昆蟲。在中國雲南則有「百蟲宴」, 簡單來說就是將螞蟻蛋、竹蟲、蠍子、蜈蚣、蜂蛹、蜻蜓和水蜈蚣等昆蟲做成各種料理，由此可見當地人對食蟲接受度之高。此外，澳洲的原住民數千年以來將木囊蛾幼蟲視為佳餚；南非的莫帕尼毛蟲和東南亞織葉蟻的蛋，對於當地人而言也都是美味佳餚、奇貨可居。而位在美洲的墨西哥食用昆蟲也有數百年的歷史，在聖胡安市場經常擺放一盆盆炸蝗蟲、螞蟻卵、龍舌蘭蠕蟲等，小販把昆蟲夾入捲餅內供顧客食用。「Escamol」這道菜被稱為墨西哥魚子醬或昆蟲魚子醬，原產於中墨西哥的一道菜，將蟻卵用奶油油和香料煎炒後，嘗起來略帶堅果的味道，可單獨食用或舀一勺鋪在玉米餅上，擠點檸檬汁及辣醬，便是一道美味料理，且售價不菲，甚至比牛肉還貴。墨西哥的傳統酒──梅斯卡爾酒，就是由龍舌蘭和蠕蟲釀製而成，蠕蟲是由龍舌蘭葉子餵養長大，而配酒時服務員會送上香橙塊及粉紅色的粉末稱 為碎蟲鹽 (sal de gusano), 這奇 特的風味鹽是由碎龍舌蘭蠕蟲與鹽製成的，是道地的飲法，另外，也會將之撒在牛排上食用。根據楊正澤在〈食蟲文化文與民俗資源保育〉一文中整理出世界各國之食蟲文化及方式，許多食用昆蟲品嘗起來有堅果味、魚味、炸馬鈴薯、麵包、甚至魚子醬等風味 (表一)。就某些昆蟲的風味特質來說，其實相當具有餐飲發展的潛力，但由於食用昆蟲種類繁多，且範圍相當龐大，一般人很難吃遍並精確說出其風味，未來則需借助餐飲的科學性品評方法導入，以建立更好的參考標準。你其實吃過昆蟲雖然全球許多人把昆蟲作為輔食，但大部分人，尤其是文明程度越高國家的人，心理上對昆蟲作為食物的厭惡和抵制仍然是昆蟲料理上餐桌的主要障礙，每一族群都有對飲食習慣、食物認知和文化的見解。雖然昆蟲在自然生態中所扮演的角色與重要性益處甚多，但基於我們從小教育所認知的昆蟲大多是一種會叮咬人、影響身體健康、造成農業損害或危害家居環境害蟲的刻板印象，加上部分蟲的外型並不那麼討喜。如果吃昆蟲的想法令你感到厭惡，以下資訊可能會讓你驚訝其實你經常吃到牠們。查看美國食品藥品監督管理局 (FDA) 的《缺陷級別手冊》(Defect Levels Handbook), 會發現由於原料生長、收穫或加工過程時自然發生或不可避免的缺陷 (指採收前後的昆蟲感染或混入), 所訂出的可接受標準，其製成產品後不會對健康造成影響，所訂定出的可接受標準 (表二)。就某些昆蟲的風味特質來說，其實相當具有餐飲發展的潛力，但由於食用昆蟲種類繁多，且範圍相當龐大，一般人很難吃遍並精確說出其風味，未來則需借助餐飲的科學性品評方法導入，以建立更好的參考標準。從表二可看到每天可能吃入多少昆蟲，以啤酒為例，啤酒花中蟲害的可接受限度為每 10 克 2500 隻蚜蟲、辣椒粉每 25 克平均有超過 75 個昆蟲碎片。看到這裡，你覺得這些會影響你的健康嗎？應該不至於，因為多年來你一直在吃牠們，據估計，美國人平均每年吃掉大約 2 磅的死蟲和昆蟲，這些蟲子存在於蔬菜、香料、酒類、穀類製品或果醬等產品中。食用昆蟲的飼養規範 2014 年，《經濟學人》(The Economist) 雜誌一篇題為〈系統裡有蟲──把昆蟲變為食物的優點與挑戰〉(Bugs in the system - The merits and challenges of turning insects into food) 的報導指出，泰國有超過 2000 個蟋蟀養殖農場，但是檢視全球有關把昆蟲作為食物之立法及管理卻少之又少，事實上若能讓農場在安全及標準方式下飼養蟲作為牲畜飼料，實是一前瞻性作為。寮國政府則與聯合國糧食及農業組織進行合作，依據 Codex Alimentarius (一種安全、良好食物且適用於每個人的國際標準) 為準則，推動昆蟲養殖農場的衛生及動物飼料安全性，這些標準也可做為產品大量養殖後未來輸出至西方國家的依據。美國食品藥品監督管理局已制定食物含昆蟲量的標準，准許販售整隻昆蟲，但新型昆蟲衍生產品，如蛋白質粉則被視為食品添加劑，需進行成分的安全評估。歐盟將食用性昆蟲列為新穎性食品 (novel food) 的一種，2018 年起允許以昆蟲為基底的食物進口歐洲，餐廳和超市也已經被核准上架此類產品。在歐洲，比利時早於 2013 年就已經正式發布昆蟲食品準則，將販售昆蟲食品飼養、加工、販賣納入法律管理，成為全歐洲第一個「吃蟲合法化」的國家，在比利時超市可以看到麵包醬加入 6% 的昆蟲肉；布魯塞爾自由大學甚至在大學餐廳推出水牛蠕蟲漢堡。從這些趨勢來看，食用昆蟲作為餐飲上推廣與產業應用，不僅僅是高蛋白質等營養訴求，其真正意義在對未來人口增加、糧食不足及地球暖化與資源永續性上之考量之前瞻性思維與務實做法。然而臺灣對於食用昆蟲等從農場到餐桌相關的研究，仍缺乏有科學數據性及衛生安全管理法規等的深入探討。食蟲成為全球近年興起的創業趨勢儘管西方文化中因缺乏與昆蟲食物相關的文化或烹飪歷史，使得昆蟲食物現今仍不太普遍，但對於此新興市場，仍舊其發展潛力。近年來，北美、歐洲相繼推出各種昆蟲零食，如瑞典甜品公司 Bitty 開發出蟋蟀粉，並與其他烘焙原料搭配混合，製作出蟋蟀麵粉餅乾。瑞士新創公司 Essento 也推出昆蟲漢堡與昆蟲肉丸，目前在日內瓦、伯恩與蘇黎世等地區都有販售。2016 年初所創立的 Mophagy 則是歐洲一家新的食用蟋蟀和粉蟲批發商，基於北美對昆蟲產品的需求呈指數性增長，該公司與加拿大生產商 Entomo Farms 合作，針對運動營養市場，作成營養添加劑混合到菜餚中，另外還有粉狀或經調味的昆蟲產品，適合作成各式鹹、甜菜餚，目前已在美國販售。在美洲，Exo 食品公司於 2014 年推出蟋蟀能量棒，不僅口味多樣，而且強調每塊能量棒的蟋蟀量達 40 隻以上，於 2016 年獲得 400 萬美元的融資，還邀請米其林餐廳廚師加入團隊改良口味，並設計新配方與包裝。此外，Aspire 公司則在 2014 年成立自動化蟋蟀養殖場，試圖把蟋蟀及相關產品推廣到美國的主流飲食中。他們為舊金山米其林三星餐廳 Saison 提供原料，菜單上可看到各種由蟋蟀烹調的食物，如以蟋蟀調味露做的魚子醬湯、蟋蟀甜醬配烤活蝦等料理。昆蟲零食品牌 Six Foods 也推出含蟋蟀蛋白粉的脆片 (chips), 目前有 BBQ、切達芝士和海鹽 3 種口味，期望將脆片產品打造成一款大眾消費的零食產品，而不是在昆蟲蛋白上做文章。著眼於未來食品飲料行業發展的可能性，2017 年百事可樂育成入選名單也包括一家食用昆蟲公司── Jimini's, 投資成立蟋蟀人工養殖場，提供更多做零食棒產品的原料。在亞洲與東南亞的部分，中國推出第一款食用昆蟲薯片產品，名為 Bella Pupa, 摻入 26% 的蠶粉，是由中、法食物設計師與食物科學家組成的團隊共同研發的產品。2015 年，在泰國曼谷成立的 Bugsolutely, 推出一款蟋蟀義大利麵，立即在食品界掀起了一陣波瀾。不僅如此，還推出號稱是全球唯一一款含有 20% 蟋蟀粉的通心粉。近年來，更決定在中國利用蠶蛹來開發營養豐富的美味零食。除此之外，全球有許多食蟲理念推廣的網站也在近幾年如雨後春筍般增加，如食用昆蟲 (The Edible Insect) 的推特，有許多介紹食蟲理念及養殖方法的探討，也提供許多昆蟲烹調方式讓愛好者參考。另外，BUGSfeed 則是收錄 204 個食用昆蟲餐廳、公司和商店資訊的網站，目的也是向民眾推廣昆蟲作為食物的好處及多樣性。食用昆蟲安全嗎？從食安觀點來看，食用昆蟲有 4 點考量必須審慎評估，分別為致病病菌、化學危險、潛在的致敏源和物理性危害。目前昆蟲來源大致分為自然環境採集與人工集約飼養方式，若以商品與食品安全角度來看，自然環境採集的必須要確認其棲地無農藥或重金屬且蟲體本身是否含病原菌等汙染；人工飼養則需要科學化飼養方式控制環境與飼料，否則病菌和孢子可能養殖階段就可能滋生。生食昆蟲風險較高，建議食用前最好充足加熱的步驟，以確保昆蟲的微生物安全性，且因昆蟲蛋白質含量高，部分昆蟲毒素可能會激發人體的防禦機制，蟲體若保存不當或死亡，也容易產生過敏風險。此外，吃整隻昆蟲時，消費者也可能因為昆蟲堅硬的四肢或翅膀而受傷，需要經過前處理，例如瑞士法律規定，食用性昆蟲必須在嚴格的管控下，確認過四代都沒有問題，才能被吃下肚。如果是進口的昆蟲，也必須生長在特殊的環境下，並接受瑞士國家食安局的檢驗才能上市。民眾教育也是重要一環，歐美有許多餐館、甚至學校已開始導入食用昆蟲的觀念，筆者曾在於荷蘭海牙旅館學校體驗一堂餐飲趨勢課程，課堂上便談及昆蟲作為食物的可行性並讓同學現場體驗食用巨蟻 (圖一)。對於食蟲的未來發展，建議如下：1. 各國食用昆蟲種類差異，藉由研究建立昆蟲可食部位營養性及毒性評估數據，作為飼用 / 食品可行性參考。2. 建立大規模飼養之環境衛生、標準流程等科學化技術與管理法規之。3. 導入食品安全管制系統 (HACCP) 方法，作為食用昆蟲產品之加工方法，提高品質與衛生安全。4. 積極開發食用昆蟲食譜或創新料理方式，透過教育推廣，以提升消費 / 接受度。昆蟲養殖場也可規畫教育休閒觀光工廠，成為一個生活環境教育場域，教導昆蟲知識與大自然之關係，而這些科學化的養殖、加工及產品知識，需透過各領域合作整合，未來甚至這些技術知識可以向外輸出。結語歐洲食品安全局 (EFSA) 對於昆蟲作為人類食物或動物飼料的風險評估報告認為，目前所面臨的風險取決於昆蟲培養和處理的方式。實際上不只是支持或反對，而是需要更多對食用昆蟲的理解或研究，現代食品科技與烹飪技術會帶來什麼助益？應不斷透過產業與經驗豐富的營養師、廚師或是新創事業者的持續合作研究，充分了解它們對健康的好處及如何妥善烹調或製成商品。另外，思考產品在市場中的定位、找出適合消費族群也是對產業延續相當重要。人們或許應該重新考慮食物的選擇，但與任何食品一樣，健康飲食的關鍵是平衡，而不是期待「超級食品」的神奇解決方案。重要的是食用昆蟲如何進入世界各地的族群和飲食文化，探討牠們是否也可以成為日常飲食的一部分。澳洲昆蟲學家布萊克本 (Skye Blackburn) 將食用昆蟲發展比作壽司。「20 年前，吃生魚片在澳大利亞被認為是奇怪的，現在壽司隨處可見，這說明澳洲食物知識的不斷發展，我們的味覺也在隨著時間推移而慢慢改變。」昆蟲食品或餐飲產業會有一個成功的未來或只是一個短暫利基現象？需要在法律監管、生產、產品創新等很多面向改變和發展，要有耐心和持續教育才能獲得普遍認可。人類是否要靠昆蟲拯救地球是個有趣的問題，食蟲不可能適合每個人，但應視為一種保障全球糧食安全供應的寶貴資產。因為牠們是可持續的、營養的食物來源，且許多食用昆蟲的傳統和文化及無數的食譜和技術，更是一個值得深入研究的議題。 | science |
臺灣的食蟲未來? 蟋蟀養殖與食用 | 2018 年 5 月，數百位科學家和企業代表齊聚在中國武漢，參加「昆蟲養育世界 (Insects to Feed the World, IFW)」國際會議，討論有關食用昆 蟲和飼料用昆蟲等相關議題。這個會議不僅是近年來食用昆蟲運動的具體展現，更代表相關研究與應用最前沿的發展。此外，第四屆的 INSECTA 大會 (INSECTA 2018) 將於今年 9 月在德國舉行，會議主旨為以昆蟲作食物、飼料及食用外用途的最新發展、技術與未來前景。在 2018 年的短短幾個月間，連續舉辦 2 場國際性會議，可說是近幾十年來食用昆蟲學術研究的高峰，也顯示此領域逐漸在學術界佔有一席之地。在本文中，我將分享食蟲研究的經驗，特別是養殖蟋蟀與將蟋蟀作為食物。故事的開端得先從近年來食用昆蟲風潮興起的原因說起，這也是我從事食蟲研究的動機。根據聯合國預測，2100 年時，全世界人口將從 76 億增長至 112 億。而現今，糧食危機已影響全球約 10% 的人口，截至 2016 年，營養不良的人數更高達 8.15 億。當代的食品工業，尤其是人類對於肉類和乳製品日益增長的需求，是環境惡化的主要原因，光是畜牧業所釋放出的溫室氣體就佔了全球溫室氣體排放量的一半。考量到需要養活不斷增長的世界人口，並解決現今畜牧系統對環境造成的破壞，以昆蟲作為糧食或飼料成為追尋人類未來飲食與生活永續性的重要選項之一。與生產人造肉品或微藻等單細胞生物的蛋白質相比，飼育及利用食用昆蟲相對較簡單，在設備和投資方面的門檻也較低。基於以上的原因，飼養食用昆蟲被視為是一種小型畜牧業，且以普及性高著稱，換句話說，每個人都有能力自行飼養食用昆蟲。先前研究指出，私人、商業、工業或農業行為所產生的有機廢棄物稱有機支流 (organic side streams), 可用 來飼育昆蟲。不僅有助於有機廢物的處理，還可將昆蟲做為回收營養物質的工具，以避免這些物質在垃圾掩埋場或焚燒爐中流失。傳統畜牧業使用含大豆及玉米等穀物的飼料，與之相比，以有機支流飼育昆蟲更具有生態上的優勢。基於上述，筆者的研究期望將有機支流繁殖蟋蟀 (Gryllus bimaculatus) 加工成食物，並觀察人們接受昆蟲食品的過程，同時了解從零開始建立蟋蟀養殖場需面對的問題。在此研究中採用行動研究 (action research) 的方式，兼具參與性和解放性，試圖結合不同領域探究的過程，消弭學術界與非專業人士間的差距。在行動研究中，研究者是促進者，而參與者及提供訊息的報導者對研究具有一定的所有權，其目標在於獲致某個實務的成果、產生有用的知識。過程通常為一種循環的程序，包含反覆的計劃、行動、觀察、評估和適應。研究初期花了 11 個月的時間，以廚餘、米糠、稻殼、香蕉葉和蝸牛等來自有機支流的餌料，連續飼育幾代的蟋蟀。利用泰國蟋蟀產業的報告及 Open Bug Farm 網路平台上的公開資源，透過做中學，從零開始建構，並逐步改善蟋蟀養殖場。在研究過程中，從最初不到 20 隻蟋蟀，成功繁殖出數千隻蟋蟀，相當於數公斤的生物質 (biomass)。然而，由於餌料的異質性，蟋蟀在各種飼養狀況下表現不一，包括不明原因的高死亡率，且蟋蟀味道也不一致。此外，由於餌料含水量必須維持在 40~55% 之間，因此夏季高溫下必須適時移除養殖場內蟋蟀所吃剩的食物，以免其腐敗變質。所以，透過此方式飼育蟋蟀，會受到規模的限制。而如何將養殖蟋蟀做成食物，則是目前進行中的研究。首先，參考相關的昆蟲食譜，以各種方式烹飪蟋蟀並自我品嘗。然而，在開口吃第一口蟋蟀之前，必須克服自己原先的偏見，即社會上普遍認為「昆蟲不是食物」的想法。接著，以整隻或切碎的蟋蟀為材進行烹飪，並提供給參與研究的受試者食用。除非加以哄勸，否則大多數受試者一開始都對食用蟋蟀感到排斥。為了順利進行研究，筆者開始製作入門食品，如在餅乾、麵包和漢堡排中加入蟋蟀粉，大大降低受試者的抗拒，之後將原料──蟋蟀和蟋蟀粉，送給有興趣的受試者請他們利用這些原料製作成料理，再請筆者品嘗。結果發現，他們對如何料理蟋蟀，各有不同的想法，如越南學生遵循母親的食譜：在蟋蟀體內塞花生後裹粉油炸，佐以帶甜辣味的羅望子醬，搭配蝦餅和新鮮薄荷葉食用 (圖一), 這是迄今筆者試吃過最美味的一道料理。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
找回臺灣的食蟲文化 | 2013 年，聯合國糧食及農業組織 (Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO) 與荷蘭瓦赫寧恩大學 (Wageningen University) 合作，基於健康、環保 與生計三大理由提倡食用昆蟲並推出相關的計畫及報告──《可食用昆蟲：食物和飼料保障的未來前景》(Edible insects- Future prospects for food and feed security)。報告中強調以昆蟲做為食物與飼料的未來展望，推廣吃昆蟲以愛護環境和保護地球。從此之後，食用昆蟲的議題開始在全球發燒，也成了世界新潮流。觀其名，「食用昆蟲」就是使用昆蟲作為人類食物或飼料，英文為 edible insects, 或 entomophagy。而將昆 蟲吃下肚的方式，可能是主動取食，透過各種料理方式食用昆蟲，如酥炸蟋蟀等；但也可能是間接方式取食，例如透過藥酒 (虎頭蜂酒等)、中藥或保健食品 (冬蟲夏草、蟬花或油蟲珠等)、茶 (蠶沙、蟲糞茶等)、殘存於食品 (如麵粉、花生、米等) 中的昆蟲碎片、卵、染劑或食物添加劑 (胭脂蟲、蟲膠) 等方式食用。另外，也可能是食用昆蟲副產品，如蜂蜜、花粉、蜂王乳等。可以肯定的說，人的一生當中完全沒吃到蟲子的機率是微乎其微的。人類食用昆蟲的歷史已超過 3000 年，聯合國農糧組織宣稱全世界有記錄的食用昆蟲超過 1900 種以上，至今全 球食用昆蟲的人口也超過 20 億人以上，不少國家有針對自身國家的食用昆蟲出版專書或專文介紹，如泰國、日本、南韓、中國、印度、寮國、印尼和瑞典等，但臺灣至今仍無整體性介紹食用昆蟲的專文或專刊，也顯示臺灣的食用昆蟲進展仍屬牛步。 在 2015 年的文獻也提到目前仍有許多國家中相當欠缺食用昆蟲方面的資訊，臺灣也包含在內。2011 年，瓦赫寧根大學列出全世界可食用昆蟲清單中，臺灣的部份僅列有龍蝨及蜻蜓，與我們所知相差甚遠。因此，本文希望能整理臺灣的食用昆蟲相關資訊，同時也對未來提出想法與建議，好讓更多人更了解臺灣的食蟲文化與未來發展。臺灣的食用昆蟲記錄，最早可能見於清朝首任巡臺御史黃叔璥在 1736 年 《臺海使搓錄》卷三〈赤嵌筆談。物產〉中記錄:「鄉間亦有捕蟬，紙裹煨熟以下酒者」, 此文亦收納於 1764 年《續修臺灣府志》中。此外，在 1865 年，郇和 (Robert Swinhoe) 將《續修臺灣府志》第 18 卷鳥獸部份 進行翻譯並加入註解，在 Birds and beasts of Formosa 一書中提到:「 In the villages there are also those who catch Chin, Cicadas, and rolling them up in paper roast them brown, and eat them as an accompaniment to wine.(在鄉村裡，有人會捉蟬，以紙張將蟬捲起並烤熟，再搭配美酒食用。)」, 此記錄為最早向國外介紹臺灣食用昆蟲的資訊。而郇和的英譯文再於 1866 年被奧地利博物學家法勞恩菲爾德 (George Ritter von Frauenfeld) 譯為德文版。1766 年，鳳山縣儒學教諭朱仕玠撰 寫的《小琉球漫誌》卷四〈瀛涯漁唱〉提到:「微蟲變化側根麤，珍重臺人號蔗姑，爭似坡公羈嶺嶠，賦成蜜唧，笑胡盧。」並於註解說明「蔗姑」:「台地多種蔗，蔗根有蟲，形類鼠婦，土人珍之，加以油炙，名曰 『蔗姑』。」;1920 年，連橫在《臺 灣通史》卷二十八〈虞衡志〉中說:「蔗龜：生於蔗中，炸油可食。」, 蔗姑就是蔗龜。另外，在「蟲之屬」也提到:「土猴：形如蟋蟀，身肥髭短而色白，炸油可食。」由於文中同時也列了蟋蟀項目，但無任何註解說明，然而在土猴的註解特別強調其具短觸角，因此推定在此所指應為螻蛄。1852 年所出版的《噶瑪蘭廳志》卷六〈物產。介之屬〉寫道:「水龜:『本草』名水馬，長寸許，群行水上，涸即飛去。謝氏『五雜俎』: 水馬逆流水而躍水曰奔流，步不移寸許。按水龜一名龍虱，醃食最佳。」描述臺灣人有食用龍蝨的習俗。此說法與平 塚在 1912 年所提到的「ゲンゴロム シは土名水龜と稱し煮てこれを臺灣料理の一品となすと云ふ (將龍蝨，也就是水龜煮成一種臺灣料理)」不謀而合，日文的「ゲンゴロムシ」就是龍蝨。此外，平塚也另提及「ケラ 螻蛄 (Glyllotalpa africana. Pal) は蟋蟀科に屬し本島にわりては土名土猿又は吐白仔も稱し各地方にわりて稻及び甘蔗の莖を食害する一種の害蟲なるが、南部地方にわりて五六月の頃土人これを採集して煮食すると云ふ。」提到螻蛄為水稻和甘蔗莖 害蟲，在南部地方 5、6 月時，當地人會採集並煮來吃。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
高掛空中、歷時最長的彩虹 | 古人言:「天上的彩虹總是曇花一現。」在熟知其原理的今天，對於它的出現與消失成因並不陌生。然而去 (2017) 年，臺灣上空卻劃過一道不再稍縱即逝的長延時彩虹，甚至還一舉破了金氏世界紀錄......。我們都做過光線分色的實驗，當光線通過三稜鏡時會被分色，此乃由於光線通過不同的介質時會產生折射，而不 同顏色其光的折射角度不同，根據司乃耳定律 (Snell's Law), 可算出偏折角度，波長較長的紅光偏折角度較小，而波長較短的藍色光、紫色光偏折角度較大，使得原先進入三稜鏡的白光離開三稜鏡時變成七彩的顏色。彩虹也是這個原理，天空中水滴扮演三稜鏡的角色，光線進入水滴後產生折射 (圖一左 1 的位置), 不同顏色的光即產生分離，當光線到達水滴的另一側時，一部分的光線會直接穿出水滴，另一部份的光線在水滴的內緣被反射 (圖一左 2 的位置), 被反射的光繼續在水滴內傳播到圖一左 3 的位置時離開水滴進入空氣。由於空氣與水滴乃不同介質，因此光線再一次發生折射，總共歷經 2 次折射、1 次反射，使得紅光與紫光朝不同的方向傳播 (圖一左)。最後紅光離開水滴與入射光的夾角約 42 度，而紫光與入射光的夾角約 40 度。離開水滴後由於紅光與紫光各朝不同方向傳播，人若在定點位置，假設能看到此水滴所產生的紅光，那則看不到此水滴所折射出來的紫光，而所看到的紫光是來自 於較下方 (或是較內側) 的水滴 (圖一右 B 水滴), 所以看到的彩虹是紅光在外圈、紫光在內圈 (圖一右)。當光線到達圖一左 3 的位置時，有一部分的光會再一次被 反射 (圖二), 再折射出水滴，歷經 2 次的反射及 2 次折射後，看到的彩虹就是「霓」, 入射光與出射光的夾角約 51 度。如果同時看到虹與霓，則虹在內圈、霓在外圈。虹 的顏色分佈，由內向外是：紫 (靛) 藍綠黃橙紅，而霓的次序則與虹相反。人類肉眼所看到的彩虹均來自不同的水滴。對虹而言，紅光是來自較高 (外側) 的水滴，而紫光是來自較低 (內側) 的水滴，霓則與之相反。換句話說，要看到彩虹一定要有水滴及陽光，人的位置在彩虹與太陽中間 (圖三), 即太陽在東方時，彩虹一定在西方，太陽在西方時，彩虹一定在東方，而且虹的亮度一定比霓亮。另外，彩虹的清晰度 (顏色分明) 與水滴的大小有關，水滴越大，產生的分光效果越好，彩虹清晰度越好，此時水滴的直徑約 1~2 公釐 (mm), 當水滴直徑小於 0.1 公釐時彩虹色澤會變得很不清楚，或呈現灰色狀況。另一個值得思考的問題，虹是光線在水滴中 1 次反射，而霓是光線在水滴中 2 次反射，有無可能光線在水滴中出 現 3 次、4 次甚至是更多次的反射呢？答案是肯定的，光線每歷經一次的反射，就會損失一部份的能量，經過多次反射後，能量所剩寥寥無幾，亮度也會衰弱許多，不易觀察到。文獻上記載 2011 年 6 月 11 日賽斯納 (Michael Theusner) 在德國席夫多夫 (Schiffdorf) 曾同時拍攝到 3~4 次反射的彩虹，方位是面對太陽方向離太陽約 45 度；2012 年 8 月 8 日，伊登斯 (Harald E. Edens) 在美國新 墨西哥州的朗繆爾 (Langmuir) 觀測台拍到 5 次反射的彩虹，出現的方位在虹與霓之間。要看到彩虹不是什麼困難的事，下雨過後經常可觀測得到，但出現的時間往往僅數分鐘，要持續長時間看到彩虹就不容易了，除了天氣條件的配合外，與季節及地理位 置均有很大的關係。1994 年 3 月 14 日，在英國韋瑟比 (Wetherby) 記錄到持續 6 小時 (9:00~15:00) 的彩虹，被列入金氏世界紀錄。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
盧廣仲金曲獎入圍神曲 〈魚仔〉中的 語言轉換與旋律性 | 音樂才子盧廣仲的歌曲〈魚仔〉入圍金曲獎，實至名歸。一首歌能夠成為家喻戶曉的「神曲」, 必然有其獨特之處，假如我們能夠揭開神曲的秘密，是否可以增進自己創作歌曲、欣賞歌曲的功力呢？藝術跟科學不同，真正的傑作往往違反創作「定律」, 不落俗套。而且，每個人對於藝術作品的評價也不太一致，你可能覺得某一首歌俗不可耐，我卻偏偏喜歡它的粗陋率性，因此，想要歸納出「審美規則」, 似乎是件吃力不討好的事。話雖如此，我們還是可以從心理學的角度，試著解釋聆聽歌曲時的一些認知與情緒歷程，藉此思考語言與音樂的特質。流行歌曲的成功關鍵之一為記憶點 (hook), 它可以是副歌中的關鍵句，也可以是吉他伴奏中一再出現的音型，只要能讓聽眾留下深刻印象的音樂片段，就是這首歌的記憶點。歌曲的記憶點不僅可以造成流行風潮，廣為傳唱，其深入腦海、抓耳勾心的特質，甚 至還能造成腦蟲 (earworm)。所謂的腦蟲，就是腦中一段不請自來、重複播放的音樂，精神科醫師發現，治療強迫症 (obsessive-compulsive disorder) 的藥物也能去除腦蟲。撇開腦蟲的負面效果不論，我們必須承認，〈魚仔〉的記憶點非常成功，它的成功秘訣，可能跟「語言轉換」與「音樂動機模進」有關，以下試作分析。流行歌曲裡面經常利用轉折來凸顯副歌或關鍵句，例如進副歌時可能會有 音樂過門 (亦稱為填音，fill), 藉 由新奇的聲響引起聽眾的注意，更加留心聆聽接下來的副歌，這背後的心理學原理似乎是朝向反應 (orienting response), 也就是當個體察覺環境 變化時，將注意力轉移到這個變化 (朝向反應也包括相關的認知處理與情緒生理反應)。流行歌曲中若出現特殊鼓點，聽眾可能會覺得「有什麼事要發生了」, 因此，在副歌之前經常使用過門來提升聽眾的注意力與期待感。除了讓人精神一振的鼓點之外，歌曲中的語言轉換也會帶來驚喜，〈魚仔〉的開頭幾句都是國語，唱到一半忽然轉為臺語，口吻與情感產生了細膩的變化。另一首神曲〈身騎白馬〉(徐佳瑩創作), 同樣在進副歌時從國語變成臺語，讓人留下深刻的印象。〈魚仔〉的記憶點還有另一個特性，就是以歌詞及旋律來營造重覆、迴繞的意象。......【更多內容請閱讀科學月刊第 583 期】 | science |
臨床試驗「盲不盲」 | 報章雜誌上斗大標題寫著「浩鼎乳癌新藥解盲科學上成功，法規上失敗？」, 對此，浩鼎董事長表示，依據 2016 年 2 月解盲「初步」數據顯示，用藥組與對照組相比，主要療效指標未呈現統計學上顯著意義，外界認為這就是所謂的「解盲失敗」, 但其中許多有意義的科學及臨床資訊，已為未來產品發展提供了明確的方向。目前乳癌新藥全球三期臨床試驗預估 2020 年完成收案，2022 年完成期中分析，2023 年解盲。以上生技產業新聞內容，為近年來最熱門的關注議題，而 因「浩鼎解盲」這 4 個字的發燒，讓更多人想要瞭解什麼 是「臨床試驗 (clinical trials)」? 為何需要解盲？為何 臨床試驗的設計那麼重要？為何臨床試驗要耗費那麼多時間、人力、金錢的成本？又為何臨床試驗有這麼多的重點與規定須依循遵守呢？臨床試驗是以人類為對象的一種科學研究，採取前瞻 (prospectively) 的研究方法以瞭解各種預防性、診斷性 及治療性的藥品、器材、處方或程序的效果與價值。因此，為精確知道其效果，臨床試驗是一項耗時、昂貴、需按部就班且不可取代的流程，其結果可以當作是科學研究及藥政管理決策上的黃金標準。臨床試驗三大關鍵組成要素為：(1) 試驗對象 (experimental unit): 確定患有某類疾病的病人或是健康的人。(2) 試驗處置 (treatment): 新的藥物、治療方式、診斷方法或醫療器材。(3) 臨床評估 (evaluation): 包含了療效分析、安全性與生活品質評估。在臨床試驗執行前，研究者所要設定的條件有很多，因為試驗設計得越嚴謹，臨床試驗的結果就越強而有力，用以評估、引導試驗走向下一個階段。基於科學、安全、倫理、法規的前提下，新藥臨床試驗開 始執行前，需提出試驗計畫書 (protocol) 並送交倫理委 員會 (IRB) 與衛生主管機關，如行政院衛生署食品藥物 管理局 (TFDA) 美國食品藥品監督管理局 (FDA) 審核 通過。試驗計畫書為臨床試驗中最重要的文書作業，是整個試驗過程中需要嚴格遵循的規範書，其項目包括：(1) 科學∕倫理相關依據 (2) 臨床試驗的背景與目標 (3) 參與試驗者的納入與排除條件 (inclusion/exclusion criteria)(4) 臨床試驗的設計與執行林 (5) 藥物資訊與給藥方式 (6) 不良反應與副作用的評估與追蹤 (7) 臨床與實驗室的檢查檢驗數據收集 (8) 療效指標的定義與評估 (9) 統計分析的考量 (10) 倫理審查與受試者同意書 (11) 告知與保密 (12) 試驗流程圖 (13) 參考文獻 (14) 試驗委託者與試驗計畫主持人的聯絡資訊等。而新藥研發的整個過程大致分為 4 大項，臨床前動物試驗 (preclinical animal studies, phase 0) 後，需先向衛生 主管機關提出新藥之臨床試驗申請 (investigational new drug application, IND), 才能進行臨床試驗分期階段，而當試驗進行至第三期臨床試驗時，若能證實藥物療效，則可申請新藥上市許可 (new drug application, NDA)。而臨床試驗分期階段主要又分為 4 期：第一階段臨床試驗 (Phase I, 人體藥理研究): 受試者人數一般約在 20~80 名健康志願者 (沒有疾病者) 參與，若癌症疾病則為少數病人參與，主要是瞭解藥物的安全劑量，在人體所能夠承受的最高劑量 (maximum tolerated dose, MTD), 或瞭解藥物於人體的藥物動力學，探討藥物的吸收、分布、代謝及其於體內作用的時間。此階段通常在特定的臨床試驗病房中，以藥物是否夠安全為其考量重點。第二階段臨床試驗 (Phase II, 治療探索): 經由一群嚴格篩選出來同質性高的受試者，探索新藥短期安全性及其療效與劑量範圍 (dosing ranges), 一般為數十人或數百人，再根據該試驗結果來設計第三期臨床試驗。此階段主要以藥物是否有療效為其考量重點。第三階段臨床試驗 (Phase III, 治療確認): 此階段受試者對象較多，為大型的臨床試驗，受試者人數可能由數百到數千人不等，在設計上一般以對照試驗、隨機分配及雙盲等方式進行。此階段主要目的是全面性證實藥物療效及安全性，對於試驗設計的嚴謹度及統計分析的適切性，負責審核的法規單位皆有相當的要求，通常被稱為樞紐試驗 (pivotal trial), 以作為申請核准上市關鍵性的依據。第四階段臨床試驗 (Phase IV, 治療使用): 這個階段是藥物上市後的追蹤，且與已核准的適應症相關，監測該藥物是否有先前幾個階段沒發現的副作用或是不良反應等情況，試驗設計較為簡單，但是需要大量的病人進行長時間的觀察。此階段主要目的為持續評估新藥上市後的藥效和安全性。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
大一普通生物學實驗究竟該作些什麼? | 幾乎沒有例外，每個大學在一年級開設普通生物學時，多半也會在生物相關科系開普通生物學實驗。傳統上，普通生物學實驗的設計，首先就是讓學生熟悉實驗室裡一般標準操作，包括安全規範，實驗記錄和數據處理。然後再加上學生未來可能會用到的實驗技巧，或是熟悉常用的生物模式系統等。這種條列式按表操課的內容，十多年來並沒有太大的改變。帶課的老師不需要花太多腦筋，一個負責的助教就能讓這門課平安順利的過關。由於每個學校的實驗課大同小異，學生縱然覺得無趣，但也無從比較。沒有人在意這門實作課程對大一學生的學習可以有什麼樣的影響，或是學生在這門課中可以獲得那些高中或甚而大學一般課程中學不到的經驗。結果大一的普通生物學實驗對老師、對學生就都成了一門無關緊要的雞肋課。大學實驗課除了讓學生熟悉實驗操作技巧外，還有一個重要的使命，就是透過親身體驗知識產出的過程，啟發學生對科學研究的興趣，培養學生探究問題的能力。因此，最近國外大學對大一普通生物學實驗都作了大幅度的修正與創新。例如加州理工學院過去 8 年中，根據納斯 (Paul Nurse) 近年來不斷在宣揚「The great ideas of biology」這個生物教學的概念，而重新修正整個實驗課的架構。2017 年秋季的課程包了 8 個實驗單元，每一個實驗單元闡明一個重要的生物學理論，從理論怎麼衍生假說，如何從事精確測量來驗證假說的真偽，到數据複雜的計算與分析。最後，這門課的名稱都改成：The great ideas of biology: Exploration through experimentation。這門大一的實驗課包涵了最新的實驗工具，像光遺傳學 (optogenetics) 和單分子量測 (single molecule measurements)。但教授這些實驗方法的目地，是要解決當前重要的研究課題。除了有這些摩登的實驗之外，它還包括了古老的經典實驗。我印象最深刻的就是他們要重覆德爾布呂克 (Max Ludwig Henning Delbrück) 與盧瑞亞 (Salvador Luria) 的波動試驗 (The fluctuation test), 這個實驗發表於 1943 年。為什麼 2017 年的大學新生要去重覆學習一個 1943 年的古典實驗？每一個關心科學教育的人，都應該好好想想這個問題。當然你如果從來沒有聽過這個實驗的話，我相信它值得你去花一點時間瞭解。特別如果你是教生物學的老師。臺灣的普生實驗課對國外大學教育的力求改變多一分瞭解，對臺灣大學教育的現況就多一分失望。臺灣各大學對大一普通生物學實驗有類似的創新改進嗎？我猜沒有！因為實驗課的更新需要常年地投注大量的人力與資源。對學校來說，這筆投資和大學排名無關，所以沒有任何優先或急迫性。對老師來說，任何教學的改革與升等、加薪無關，只會加重自己的負擔。反正聽不到學生抱怨，學校也不要求的情況，為什麼要改變？面對臺灣大學這種缺乏資源、無心求變的現況，陽明大學蘇金源老師對大一普通生物學實驗課所作的創新內容與教法就顯得特別有意義了。他用酵母菌作為實驗系統，將孟德爾遺傳學作為一個學期 12 個實驗單元的主軸。課程正式名稱是生物遺傳原理的實作與應用，若仿照加州理工學院 的課程精神，這門課其實可以稱作：The great ideas of genetics: Exploration through experimentation。除了內容的創新之外，這門課還有下列幾項特色：1. 翻轉式的教學：學生上課前必須先看 老師錄製實驗原理與操作過程的影片及指定閱讀。實驗開始前助教會帶領學生討論學生觀看影片和閱讀中產生的疑惑和問題。2. 小助教培訓：蘇老師在暑假中給大三 和大四的同學開課，從中挑選 6~8 位成績優良又熱心的學長、姐作為開學後這門課的小助教。這種用學長、姐作為小助教的效果奇佳，同時也解決了帶實驗人力短缺的困境。3. 期末作業之一是必須回家與父母分享 心得，同時製作 3~5 分鐘的短片。看了同學的心得與父母的回饋，這種學習與親情之間的互動，我相信對每一位同學和他們的父母都會留終身難忘的回憶。蘇老師把他一個學期的課程內容整理成書，當然是一件非常值得的事。但書中少了同學與父母分享心得的報告，使這個課程改革所帶來一些附加的價值難以呈現。另外課程開始前、後對同學學習評量的結果也應該納入。除此之外，我個人還有三項期待：1. 蘇老師應該要把本書的內容加上學 生必須觀看的影片、閱讀材料電子化，完整地公開上網，作為華文世界中科學教育的一個典範。2. 我更希望大學校長們能正視大學課程改革的重要性，投入更多的資源。而有更多的大學老師願意想想看，在現有的環境下，能作些什麼改變會增加學生學習的效益，提昇他們末來的競爭力。3. 我們能不能有一個有效的溝通平臺。 讓有心大學課程改革的老師、學生在上面溝通意見、交換心得、相互觀摩、分享資源。大學課程的改革在臺灣是個從來沒有被認真看待的課題。我們需要有更多像蘇老師這樣的人的投入。這本生物遺傳學原理的實作與應用的出現是一個好的開始，有志之士盍興乎來！ | science |
3D列印市場概觀及桌上型3D列印機發展趨勢 | 在 90 年代經典電影「不可能的任務 (Mission: Impossible)」中，由湯姆克魯斯 (Tom Cruise) 所飾演的男主角伊森韓特使用軟性臉部模型偽裝成其他人而成功的潛入敵營或是從脫離險境的劇情撼動了每一個影迷同時深植人心，電影拍攝後 20 年藉由 3D 掃描他人臉部模型，再經由 3D 列印製造出他人的臉型的技術或許現在就能輕鬆實現。2012 年經濟學人雜誌 (The Economist) 把 3D 列印技術視為第三次工業革命的關鍵，第三次工業革命又稱為數位革命 (Digital Revolution)、3D 列印又稱「數位製造」, 經由 3D 列印技術的成熟，今後產品從設計到製造、從 0~1 只剩下一個按下 3D 列印按鈕的微小距離，全數化的 3D 列印過程將原型機的製造變得更容易簡單，這個縮短的距離將翻轉過去的生產模式，簡易的過程讓每個人都有可能成為「創客 (Maker)」, 因此各種具有無限想像力和創意的產品將會逐漸地實現。由於積層製造與 3D 列印技術逐漸成熟，市場商機逐漸湧現，根據 2016 年 Wohlers Report 的報導，全世界積層製造產業中包含產品和服務，在 2015 年的複合年均增長率 25.9%(CAGR) 達到美金 51.65 億的年產值，雖然略低於前三年平均值 31.5% 但也突破了新的產值高峰。在過去的 27 年來，整體積層製造產業的複合年均增長率達到了令人讚嘆的 26.2%, 具有極高的產業潛力。積層製造產業對於帶動整體製造業的創新具備舉足輕重的地位，因此全球許多國家都將積層製造產業列為重點經濟發展政策之一，例如美國歐巴馬總統在 2013 年發表的國情諮文中，提出先進製造夥伴 AMP2.0 (Advanced Manufacturing Partnership 2.0), 焦點聚集提振經濟與創造就業機會等議題，包含在美國境內建設 45 座製造創新中心 (National Network for Manufacturing Innovation, NNMI), 其中的所成立之第一個研究中心便是國家積層製造創新研究院 (National Additive Manufacturing Innovation Institute), 負責推動美國整體積層製造之產業發展。2014 年 7 月所發布的瑞士信貸 (Credit Suisse) 報告具有相同的趨勢，該報告將積層製造市場應用劃分為 4 個部分，包括：系統、材料、直接部件及服務等，同時預測，全球市場在未來的 5~7 年內年複合成長率約在 25~30% 之間與 Wohlers Report 中所提出的報告相似，同時這四大產業在 2020 年達到約 120 億美元的規模。知名顧問公司 AT Kearney 於 2015 年 8 月發布的報告「3D Printing: A Manufacturing Revolution」中提出的市場分析數據，確定了 3D 列印產業再來會蓬勃且快速發展，到 2020 年全球 3D 列印產業市場將會高達 17 億美元 (圖一)。 Google 趨勢 (Google Trends) 上的分析也指出，2012~2013 年，短短一年的時間，搜尋 3D 列印的關鍵字資 料量有了爆炸性的成長，並一直維持相當高的熱度如圖二所示，從以上數據都可觀測出，3D 列印在全球市場蓬勃的快速成長，同時也驗證 3D 列印並非曇花一現而是具有極大市場潛力與群眾魅力。美國的科技調查機構高德納公司 (Gartner Inc.) 在 2015 年所提出的研究「Forecast: 3D Printers, Worldwide, 2015」中可知，2014 年全球 3D 列印機銷量約為 10 萬台；2015 年 3D 列印機出貨量預計將達 24 萬台，而 2016 年出貨量將達 49 萬台，未來 3D 列印機出量貨將集中在 1000 美元以下及 1001~2500 美元這兩大價格區間，從 2016 年至 2019 年 3D 列印機每年出貨量預估都能達到倍數成長。1000 美元以下的 3D 列印機，目前佔總銷量 25.5%, 但預估到 2019 年之前將成長到 40.7%, 目前 3D 列印的個人列印機市場如同戰國時代一般，其中各種中低價位的個人型 3D 列印機型在各大小品牌中應運而生，個人化機型可提供低價而不失快速應用性，以及個人客製化需求，其衍生性的商機相當的龐大，因此對於已經投入或是想要投入這塊市場的企業而言，開發個人化低價 3D 列印系統皆是可以已列入考量之發展重點。早在「3D 列印」名詞廣為人知之前，在工業界早就有了所謂的積層製造 (Additive Manufacturing, AM) 技術，然而這些製造技術僅少工程界或是學術界內輪轉，因為沒有觸及消費型市場，非專業人士或特定領域工作者難以接觸，一般大眾沒有機會聽聞這些技術更不用說瞭解這些技術的箇中奧秘。根據美國材料和試驗協會 (ASTM) F42 委員會所訂出的標準，積層製造技術共分成 7 種，根據這 7 種技術的基礎又會延伸出細部不同的技術分支，大致上整個積層製造技術可描述在下圖 5 中，這 7 種技術中較廣為人知的技術也僅只有 2 種。7 大技術比較知名就是材料擠出 (Material Extrusion) 技術，材料擠出又可以再細分為 FFF 與 FDM 二種分支技術或是描述法，是由於 FDM 技術商標是由美國 Stratasys 公司所註冊登記所有，因此為了避開完全相同的單字，而有了 FFF 縮寫名稱，FFF 也 是 RepRap 團體所創造出來，為了一個在法律上不受約束的短語來描述這個技術。而在圖三最左邊的槽體光聚合 (Vat Photopolymerization) 也是另一個比較廣為人知的技術，即是一般口語上比較常說的光固化技術，而該技術的特徵就是一定會有一個盛裝光固化液體的樹脂槽 (Vat), 本技術又根據光源和細部技術的不同也分成了幾個分支技術，包含以雷射作為主要光源的 SLA (Stereolithography Appearance) 技術；已投影機為主要光源 DLP (Digital Light Processing) 技術，這邊要注意到的是 DLP 技術原本是註冊於德州儀器底下的註冊商標，原技術是指採用德州儀器 DMD (Digital Micromirror Device) 技術所延伸而來的數位光投影系統，而在 3D 列印上就直接沿用了這個描述法；而 3SP 則是由 EnvisionTEC 所推出的技術，是由 Scan, Spin, and Selectively Photocure 縮寫而來，其光源來自於槽體上方，3SP 使用環境主 要是在工業界生產設備而非桌上型或家用產品；CLIP (Continuous Liquid Interface Production) 技術則是由 Carbon3D 公司所註冊之連續液面生產技術，還登上了 Science 雜誌的封面。同時隨著科技的發展，各種創新的光固化技術也隨之出現，例如國內臺灣科技大學的研究團隊就基於槽體光聚合系統架構下成功開發出了行動可見光固化技術 (Mobile Visible Light Photopolymerization, MVP) 技術，不同於上述的光固化技術，MVP 技術特色在於使用行動裝置 (手機或平板) 的 LCD 面板或是 OLED 面板作為光源，在透明槽體底部放置行動裝置，以由下往上照的方式固化可見光光固化樹脂達 到 3D 列印的目的。根據前文可了解整個積層製造 (3D 列印) 產業不斷地在成長中，然而多數普羅大眾所理解所謂的流行用語「3D 列印技術」多數局限於材料擠出技術與光固化技術，這是由於 7 種積層製造技術中真正僅有這 2 種技術可達到低價化，其他技術尚停留在產業界，這二種積層製造技術「材料擠出技術」與「光固化技術」在 3D 列印 一詞過度炒作成了流行術語「3D 列印」的代名詞，故「3D 列印」一詞在專業人士和一般普羅大眾的認知中有了明顯的落差。但這一項充分的證據代表目前僅有「材料擠出技術」與「光固化技術」最有可能真正從產業端走向消費者市場，從生產用機器走向桌上型 3D 列印機，因此本節就針對桌上型材料擠出式 3D 列印機與桌上型光固化 3D 列印機二者作為基礎整理於表一及圖四，詳列目前既有技術特點及分析發展趨勢。桌上型材料擠出 3D 列印機由於技術較為純熟且進入門檻低，市場上早已出現百家爭鳴的情況，主要是以列印各種各類的塑膠，同時消耗品市場也趨於多元化，消費者已有很多的選擇，從 ABS、PLA、 Nylon、仿木、仿金屬與複合材料等各 種軟硬塑膠材料都有，甚至還有特殊機種，例如擠出巧克力的桌上型食物 3D 列印機。以塑膠材料擠出 3D 列印機來說，受限於擠出性質的物理限制，列印速度無法再提升，精度上則要仰賴更細的切層來彌補，但更細的切層所列印花費的時間是加倍的，因此材料擠出技術用在列印非常精細的物品所花費的時間成本將會非常巨大，基於這種理由光固化的機器剛好彌補這項缺點，光固化設備的特長就在於快速的列印出非常精細的物品，然而致命缺點就在於其光固化材料非常昂貴，且桌上型機器列印體積一般都小於材料擠出 3D 列印機所能列印的體積，因此光固化機器在於列印一體式大型物件所花費的設備成本會非常驚人，所以根據圖四所繪製的桌上型市場圖中，可以發現其實桌上型 3D 列印機市場尚有許多空間可以填補，而這些可填補的空間就是整個桌上型系統未來發展方向，例如材料擠出型的 3D 列印機不擅長列印精細的物品，但列印大型物件所付出額外成本並不高，因此列印大型物件就是未來材料擠出式 3D 列印機會發展的方向，光固化技術在列印大型物件上成本就難以競爭；因此光固化技術將會專注於列印高品質小型物件，但發展趨勢會更低價化，因此在二者之間才衍伸出了最新的 MVP 技術，讓消費者可以選擇光固化的列印品質但又不必花費高額的費用採購精密的光學設備 (雷射或投影機系統), 使得消費者在選擇上更加多元。 | science |
無線行動通訊—過去的發展以及未來的挑戰 | 第五代行動通訊在第四代行動通訊實行之後沒多久就開始進行討論了。而本文會從行動通訊的技術演進開始談起。再談到第五代行動通訊最大特點 —— 波束合成技術。討論中也包含了波束合成技術的原理以及實現的挑戰。近年來，國內的通信業相繼提供第四代行動通訊 (也就是大家所熟知的 4G 通訊) 服務。然而，沒有過多久，大家應該會發現到最近已經開始有在討論第五代行動通訊 (5G) 的議題了。當然啦，這些行動通訊帶來的好處多多，而且大幅的影響每一個人每一天的生活。像我大學的時候，還要排隊打公用電話，最多就是有 call 機，宿網也時常斷線；而現在，每個人都可以透過小小的手機來達成高速上網，想看什麼就看什麼，實在很方便呀！在這些成果的背後，也是有無數工程師的努力才可以使技術不斷進步。而本文就是針對行動通訊的議題，做一個簡短的回顧後，再來看看目前第五代行動通訊的特色以及所帶來的挑戰。行動通訊的基礎，就是需要無線通訊的技術。想到無線通訊，就可以想到一般計程車司機在相互交談的無線電對講機。若這個時候，有些業者在某些地方裝基站，使用者在這個區域內要做無線通訊時就可以對外部聯絡，或對內部交談。這就是第零代無線通訊的概念。那個時候可以使用無線通訊只能小地區的使用。你大概可以想像就有點像是一些有很優良的無線功能的室話機。這樣子很侷限的使用當然無法滿足使用者。於是就有人想，如果我在一個大地區均勻的裝置基地台，讓基地台可以服務的範圍整整涵蓋整個地區。這樣子使用者在這個地方的任何位置，不就可以順暢無比了嗎？於是，可以想像在一個地區中，畫出好多像蜂巢一樣的格子，每個格子中間是一個基地台，在這個格子中的使用者，就跟這個格子中的基地台通訊。然後基地台再將這個訊號傳輸至遠方。於是自 此行動通訊就進入了蜂巢式網路 (Celluar network) 的時代。也就是第一代行動通訊的基礎。然而，這第一代行動通訊是類比的調變，聲音有可能在無線傳輸之下被雜訊干擾，因此，提出了先將聲音轉成數位再傳輸的技術。由於數位化的訊號可以再透過數位訊號處理的方式再去除雜訊，因此通訊品質就更好了，並且因為傳輸數位化，開始也可以傳一些簡訊、短郵件之類的，這種數位化傳輸的技術，就是第二代行動 通訊，一直在現在都有在用的 GSM 系統，就是一種第二代行動通訊的例子。不過，人類是永遠不會滿足的，能傳一些基本的簡訊之後，接著就進一步想要上網，想要做一些平時用電腦可以在網路上做到的事情。於是，基於這一種需求，電信業者首先先購買比較寬的無線頻寬，再配以較高階的數位訊號傳輸的技術，形成了第三代行動通訊的系統。在第三代行動通訊之下，通訊的速度在比較理想的狀 態有達到 2Mbps。這個速度快不快呢？給 一個參考的資訊，如果使用一般常看到的 802.11b 的無線網卡來做 WiFi 的上網，最理想的速度約為 11Mbps。所以，一般來說，在 第三代行動通訊的環境之下，我們還是會希 望到一個有 WiFi 上網的空間。而此時，行動 通訊的網路其實還是卡卡慢慢的。然而，隨著科技不斷的在進步、更寬的頻寬規畫之下，再加上更好的頻寬利用技術，也就是在有限的頻寬範圍內，做到更高資料量傳輸的技術。於是，4G 通訊開始啟用，此時的通訊速度就非常的快速，最少有 10Mbps。而在一般的情況下可達 100 Mbps, 理想的情況下更可以到 1Gbps, 這樣的速度有時候已經比 WiFi 上網還快，甚至可以跟一般電腦上網的速度差不多快了。於是行動通訊就變成非常的自由。例如，即時視訊就非常的簡單，或者根本就不需電話的服務，全部都丟給網路去傳，品質還是一樣的好。不過，由於現在臺灣 所佈 4G 的基地台還未像 3G 一樣普遍，所以要享受 4G 網路的朋友，還是要到特定的地點才有辦法有這樣子的體驗。好了，這麼快速的網路，人類還哪裡 不滿足呢？原因在這裡舉 2 個例子，第一個是因為人類的多媒體技術也越來越好，於是會有大量的視訊在網路上傳來傳去，且視訊的品質又越來越高，而高品質的視訊就代表著非常高的資料量。第二個原因在於人類是群聚的動物，在有些場合人非常的多，如果這麼多人同時傳輸高品質的視訊，那麼一定會造成傳輸塞車的問題。於是第五代行動通訊就是針對這種「很多人在一起，傳的資料又非常多」的情況下而定的。例如韓國預計在冬季奧運的期間推出第五代行動通訊。而第五代的速度有多快呢？大概是在數十萬人的用量下，每個人可以有超過 10Mbps 的傳輸速度；或是幾百人的情況下，每個人都有超過 1Gbps 的傳輸速度 (大家一起用力傳資料吧！)。但是，回顧之前 4G 的系統，已經將數位訊號傳輸做得非常的好了，要再達到更快的傳輸速度，應如何改善呢？想要再提升速度，最直覺辦法是使用 更高的頻帶。在 4G 的通訊系統之前，因為電磁波在低頻的傳輸損耗較低，以致一個基地台可以涵蓋的範圍可以比較廣，進而比較容易佈點，所以普遍使用較低的頻率 (約 < 3GHz)。然而，在 3GHz 以下，到處都是已用的頻道，所以頻寬的取得非常的不容易。舉例來說，在 2013 年的第四代行動通訊頻譜的標售中，最高的頻段為 35 MHz, 而金額就高達 390.75 億元。所以，若要把頻寬弄得更寬一點，在低於 3GHz 的頻率中實在有很大的困難。這個時候，所謂的毫米波通訊變成一種解決方案了。毫米波泛指波長是公分等級的電磁波，頻率約 30GHz 以上，毫米波的頻率比 一般的商用頻帶都高很多很多，因此在那個地方的頻寬相對的就寬很多了。舉個例子，目前很熱門的 28GHz 頻段，規畫使用的頻率範圍為 27.5GHz ~28.35GHz, 這個頻寬為 850 MHz, 足足比 4G 的頻寬還多了 24 倍以上，所以使用毫米波通訊的傳輸速度就不是問題了。然而，這個時候另一個問題就跑出來了。因為剛才提到，電磁波頻率越低的損耗越低，而頻率越高的損耗，也就越高了。前面我們解決了速度的問題，此時卻跑出了損耗的問題。因此，就必須使用高頻率電磁波的另一個重要特性 ——「高指向性」來克服損耗的問題。回溯到高中物理的印象，高頻的波擁有較多「走直線」的特性，而低頻的波擁有較多「繞射」的特性。可以由圖一觀察出來。圖一是把一個波經由一個孔徑傳輸出去，若波長比孔徑大小來得長謂之低頻波，則由孔徑傳輸出去的波就像一個點波源一樣，進行能量分散、無方向性、廣播形式的傳播。反之，若波長比孔徑來得小得多，則為高頻波，這個時候波就會比較趨向往同一個方向傳播，這種往同一方向傳播的行為我們稱之為窄波束或高指向性。因此，就能量守恆的觀點，雖然高頻的訊號衰減較大，但是我們可以透過能量集中的方式，把要傳輸訊號的能量集中在某一個角度內傳輸。這樣子，能量的使用反而比低頻波的無向性傳播還來得有效率。如此也可以有效的克服高頻波的衰減問題了。由於高頻波使用指向性的傳輸方式，行動通訊若使用高頻波，就和低頻波的廣播形式會有很大的不同，由圖二表示。若使用廣播型的行動通訊的話，基地台發射的訊號，每個使用者都會接收到。然後，每個使用者再根據行動通訊的協定來判斷這個訊號是否要收下來使用，當使用人數眾多的時候，很多的時候使用者其實是在濾除不要的、其他使用者的訊號，對通訊頻寬的利用性而言就不是很有效率。然而若 使用圖二 (b) 的窄波束通訊。使用者 1 和基地台是直接以窄波束對傳。而使用者 2 和基地台，也可以透過窄波束和阻擋物的反射對傳。重點在於，使用者 1 和使用者 2 之間是使用不同的波束。因此，這兩者理論上可以使用相同的頻率、相同的時間，而不互相干擾。若使用毫米波通訊的話，除了俱有寬頻寬的好處之外，也同時俱有 窄波束通訊也是另一個大大增加系統使用者容量的好處。至於這一種可以掃描角度指向性天線，要如何設計呢？最簡單的方式，使用一個高指向性的天線，再加裝馬達控制轉角。圖三就一個高指向性天線加裝在機械式轉台的例子。然而這種機械結構調整速度不夠快，而且實際在使用的時候，使用者就可能看得到基地台上的天線不斷忙碌的指來指去。應該不是個很好的體驗，因此電子控制型的高指向性掃描角度的指向性天線就變成很重要的關鍵了。要實現可以掃描角度的電子控制型的指向性天線，需要用到相位陣列 (Phased array), 或稱波束合成 (Beam forming) 的技術，相位陣列的原理可由圖四說明。 圖四中，有 4 個天線，每個天線前加裝一個相移器，當相移器做適當的調整時，每一個天線所發射出的電磁波就會有不同的相位差。如果以巨觀的的觀點看這整體的波，我們可以想像這些不同相位的電磁波，正合成一個往某一個傳輸方向的電磁波。例如圖四中，若把波谷連在一起，就可以很容易的感覺到這個電磁波傳輸方向是微往下的方向。於是，改變天線的傳輸方向，就不再需要笨重的馬達，而只要輕巧反應快的相移器即可。此外，這種電子控制的方式還可以一次發射多組波束，能真正的符合第五代行動通訊的需求了。而實際在製作第五代行動通訊的相位陣列系統，其實還是有很多的挑戰。以技術來說，因為以往的通訊產業大部分都專注在 3GHz 以下的商用頻帶，比較少有產業專 注在毫米波的技術。而毫米波的技術，包括天線設計、IC 設計、系統組裝 (把 IC 和 天線組成一個可以使用的模組)、毫米波量測等，都與以往 3GHz 以下的技術有很 大的不同。舉例來說，3GHz 的波長約為 10cm, 而 28GHz 的波長約為 1cm。同樣精細度的製作水準，以相位的概念，在 3GHz 和在 28GHz 可以高達 10 倍的差距。因此設計的製程、設計的方法，都需要有不一樣的方式設計。而毫米波的系統以往是使用在軍事雷達方向較多。軍事雷達的規格較高，使用的情況和商用情況有所不同。因此，這樣子的技術加以修改，也是令人期待的一種方式。相較於 3GHz 以下的微波系統設計，毫米波陣列系統需要的精度高，且因為陣列的原因，會需要將多組天線或傳輸元件整合在一起 (目前的需求至少為 64 個單元), 相反的 3 GHz 以下的通訊只需要一組天線或傳輸元件。所以成本以及設計方面，都是很大的挑戰。隨著人類技術的進步，無線通訊的品質也越來越好。從一開始的通話，到現在的高速上網。都是一連串技術的突破才可以享有的成果。雖然由於第五代行動通訊所需的波束合成技術，是挑戰性很高。然而第五代行動通訊的大容量高速度，更是有擋不住的魅力。這樣子的動力，吸引著工程師、科學家們不斷往前、突破。 | science |
安全畜產品生產—肉雞vs雞蛋 | 根據行政院農業委員 105 年農業統計年報資料，蛋雞現有隻數 39270 千隻，年產蛋數 7339753 千枚，年屠宰隻數 19518 千隻。白肉雞年底現有隻數 21445 千隻，有色肉雞年底現有隻數 29235 千隻，年屠宰隻數分別為 209170 千隻及 112066 千隻，雞隻總屠體重量為 565486 公噸。臺灣雞隻主要區分蛋用及肉用雞種，肉用雞種又分為白色肉雞及有色肉雞，前者白色肉雞為國外進口之生長快速且產肉能力佳之雞種，約 35 日齡即達上市體重 (1.8 kg), 飼料轉換率在 1.7~2.0 之間；後者包含紅羽土雞、黑羽土雞、烏骨雞、珍珠雞、鬥雞及閹雞等。104 年禽流感於屏東爆發 H5N2 禽流感疫情後，嘉義種鵝則檢驗出 H5N8, 為臺灣首次發現 H5N8, 疑為候鳥傳播來台。106 年至今高病原性確診及撲殺場禽流感診及撲殺案例計 153 場，其中陸禽 99 場及水禽 54 場。世界各國紛紛傳出禽流感疫情，尤其我國周遭國家如日本、中國大陸及韓國亦皆為禽流感疫區，在我國發生禽流感疫情後，政府積極推動非開放式禽舍飼養家禽，提高生物安全防疫，希望能有效防範禽流感散播。國內蛋雞品種包括海蘭 (Hy-Line)、 伊莎 (ISA)、漢德克 (Hendrix)、龍門 (Lohmann) 及海斯 (H&N Nick) 等，依蛋顏色分為紅殼蛋系與白殼蛋系 2 種。白肉雞、國外蛋雞及白肉雞選育技術成熟，選育出高產蛋及生長快速雞隻品種，因此，在成本考量下，我國無針對商業蛋雞及白肉雞品種選種，商業產蛋及白肉雞品系則從國外引種後，國內種蛋雞及種肉雞場再自行繁殖。民國 71 年國立中興大學動物科學系李淵百教授及陳志峰教授與農委會合作成立臺灣土雞保種中心，蒐集各地土雞原始族群，經過長期育種選拔，已建立至少 17 個品種及 3500 隻土雞種原的保育規模。民國 74~75 年間，行政院農業委員會畜產試驗 所分別於新竹、臺中、嘉義、臺南、高雄、花蓮與臺東等縣市收集體型小、腳脛細與具單冠等特色之有色羽毛種土雞，經特性選育出 4 種屬近親品系 (L7、L9、L11 及 L12), 供作本省有色肉雞生產的純種土雞品系之種原。一直以來媒體文章報導，白肉雞是打生長激素或賀爾蒙等藥物，刺激肉雞生長快速等謬論，其真正原因主要為白肉雞育種技術提升，其消化吸收能力好，於適宜環境下大約吃 1.5 公斤飼料就能長 1 公斤肉，直到飼養 35 天後體重即可達到 2 公斤左右之上市體重，再配合適當且精準飼料配方，計算出精準營養平衡飼糧，提供其快速生長，而在飼養期間為保護雞隻健康須施打疫苗，但此注射疫苗之行為常被誤認為是施打生長激素，然民眾卻忽略激素類藥物昂貴，於經濟動物上使用，將會增加其生產成本，是不符合生產成本的作法。另外，為提升產品品質及較佳生產利潤，飼養業者會提供雞隻舒適飼養環境，當雛雞孵出後，身體羽毛較少易引起身體不適，須提供雛雞給予適當保溫設備，飼養後期飼養環境溫度不可太熱，此時可能因此造成熱緊迫現象，影響到雞隻生長與表現。目前，白肉雞飼養過程多採負壓水簾式設備，使雞隻能在最適環境下生長，有色肉雞部分飼養戶也漸改用此法來飼養。雞隻前期飼料多以粉料為主，並且飲水中可添加綜合維生素及礦物質以提升其抗緊迫及抵抗力，後期飼料以粒料為主，以滿足雞隻啄食之食性，且能提升雞隻採食量。以上為雞隻飼養管理標準流程，除可增加生產效益，也兼顧減少疾病發生而使用藥物的機會。雞隻於飼養過程初期主要提供疫苗以預防疾病產生。若飼養過程中發現疾病，經獸醫師診斷後，開立治療處方單，於飼料或飲水中投予適當藥物或抗生素，以治療雞隻疾病，但必須遵守停藥期才能出售之規範。本 (106) 年度政府抽查雞蛋發現，雞 蛋中戴奧辛 (2,3,7,8 四氯呋喃) 含量超標，衛生單位緊急封存及下架，農政單位針對畜牧場雞隻及雞蛋立即移動管制，受汙染雞隻及雞蛋則撲殺及銷毀，此「毒雞蛋事件」已造成民眾恐慌，直接影響民眾採購雞蛋意願及生產業者之損失，日前，此戴奧辛蛋已被證實為農民自行添加之爐碴石所導致，因此屬於個案，其飼料並無戴奧辛汙染之虞。另外，研究顯示，戴奧辛於人體可透過細胞色素 P450 路徑進 行代謝，世界衛生組織於 Dioxins and their effects on human health 文章中亦有提到，每月 70 皮克每公斤 (pg/kg) 體重之攝取量，並不會對人體有危害，以目前藥毒所檢驗出最高含量 3.34 皮克每公克 (pg/g) 脂肪之雞蛋，以 55g 中型蛋，1 位 70 公斤成人要 1 個月內吃 250 顆以上才會超標，且為維持身體正常代謝功能，減少脂肪累積也有助於去除脂溶性戴奧辛之累積，膳食纖維之攝取有助於戴奧辛之排出，尤其是富含果膠類的水果，如草莓、香蕉及蘋果等。由於雞蛋之產銷履歷已建立，目前各大賣場均證實並無販售戴奧辛蛋，對於問題雞蛋之反應可更準確及快速，消費者更清楚雞蛋來源及生產過程，可以自行選擇喜愛之地區之雞蛋，目前市面仍有不少蛋品供應商，自行針對戴奧辛含量進行預防性檢驗，同時也提出飼料無藥殘之合格證明，以提供消費者更多食的保障。另外，禽流感疫情發生，民眾亦擔心雞肉及雞蛋是否會傳染給人及食到感染產品之疑慮？首先，我國政府單位監控各屠宰場及養禽場周圍監控，一旦檢測出感染禽流感之禽場，立即進行家禽全場撲殺，以控制疫情擴散，此作法與目前國際上處理方式相同。此外，國外學術文獻已指出，70°C 加熱 5 秒以上即可破壞禽流感病毒，因此只要確保煮熟禽肉及雞蛋則可避免禽流感問題，另選擇屠檢合格之雞肉或 CAS 標章驗證之肉品，挑選產銷履歷產品，掌握肉類及雞蛋來源，即可安心選用。在畜牧產業上，雞隻飼養大多來自飼料公司之混合飼料，主要提供雞隻生長與生產之熱能及蛋白質為主，而應用保健天然飼料添加物於雞隻飼糧上，可增進其生長表現，提升免疫能力及降低飼養環境 (如密飼及熱緊迫) 造成之氧化壓力。動物保健添加物包含使用飼料用酵素、益生菌 (益生劑) 及植生劑等天然物，飼料配製混合飼糧時，常添加外源酵素以期提高動物之營養分消化率，如纖維素酶、木聚醣酶、聚葡萄醣酶、蛋白酶等之添加，達到較佳之飼養效果，複合纖維酵素 (含纖維素酵素、半纖維素酵素及果膠酵素等) 也被使用，為補充動物體內未能分泌或分泌不足。利用真菌發酵農業加工副產物生產機能性飼料原料，可提升動物營養消化率及免疫調節能力，微生物進行醱酵過程中，會生產酵素以利用飼料中不易分解之結構性物質，如植物細胞壁。除此之外，微生物醱酵植物性原料亦會產生對生物體有利之初級代謝物 (如簡單醣類等) 及具有機能性成分之次級代謝物 (如寡醣、酚類化合物及萜類化合物等)。近期研究顯示，麩皮原料經白腐真菌 (杏鮑菇菌) 固態發酵後，其發酵物中富含醣類 / 蛋白酵素、粗多醣、總酚、粗三萜類、腺苷及麥角固醇等多種機能性二次代謝物，而細胞壁之木質纖維素結構呈降解情形，而這些二次代謝物，經由動物採食後，可減少動物體內 (血液中) 氧化產物丙二醛含量，達到改善動物體內之氧化壓力之效果並維持動物之健康狀況。相較於白腐真菌對木質纖維質降解的應用，褐腐真菌 (牛樟芝菌) 則更能分解利用纖維素及半纖維素，因其可分泌高量纖維素酶及產生細胞外活性氧 (ROS) 而打破自然高度有序之纖維素結構，再配合半纖維素酶 (木聚醣酶及甘露醣酶) 分泌和低分子量的化學化合物 (如過氧化氫 及草酸鹽), 使其能夠降解及穿透細胞壁孔隙，隨之釋放出可溶性還原醣及更多具抗氧化之機能性代謝產物。另外，植生劑類中，部分植物或中草藥具有對家禽生產及生理健康具正面效果 (表 1), 如肉桂、大蒜及芥末等具有抗菌功能；辣椒、大蒜及迷迭香等具有提升免疫力；紫錐菊、薑及澳洲茶樹等具有提升抗氧化力；洋蘇草、月桂及薄荷等具有促進消化功能；艾草、紫錐菊、咸豐草、精油等具有抗球蟲功效。飼養業者於飼養雞隻，減少抗生素或無藥物使用之飼養已成主流，臺灣各地飼養業者為追求食安，紛紛建立品牌，如自然飼養工法，無添加藥物飼養、香草雞及吃素雞等。嘉義縣政府協助當地畜牧場推動「嘉倍安心」標章認證計畫，這些均為使消費者對農產品能信任，提高消費者對產品認同。農政單位推動已久之產銷履歷認證，主要為無藥殘飼養概念，且符合食安最基本標準，提高消費者對產品的信任度，飼養戶利用平台建立品牌形象。農政單位利用產銷履歷平台，建立飼養戶對動物用藥的正確使用及控制，加強對飼養戶者停藥期的宣導，並建立源頭監測及輔導單位的查訪稽核，有效減少藥物殘留的問題，此制度有履歷追溯功能，可提供該產品來源資訊及方便管理。家禽是我國農業重要生產，雞肉及雞蛋幾乎是家家戶戶經常消費的產品，消費者對畜產品食安問題則相對重視，生產者為生產無藥殘雞肉及雞蛋，須建立用藥標準流程，避免畜產品中藥物殘留，雞隻飼養後期需給予空白飼料 (無藥物飼料), 若雞隻生病需投予藥物，則必須遵守獸醫師建議用藥標準與規範。建立消費者正確資訊，農政及學術單位應給消費者正確雞隻飼養觀念，避免不正確媒體及文章，造成生產者因不當報導產生錯誤認知，同時也造成產品價格之波動，而影響生產者及消費者之權益。延伸閱讀 1. Lee, M. T., W. C. Lin, B. Yu and T. T. Lee, Antioxidant capacity of phytochemicals and their potential effects on oxidative status in animals, Asian-Aust. J. Anim. Sci, Vol. 30: 299-308, 2017.2. Lin, W. C. et al., Effects of mulberry leaves on production performance and the potential modulation of antioxidative status in laying hens, Poult. Sci, Vol. 96 (5): 1191-1203, 2017.3. Teng, P. Y. et al., Effects of Bacillus amyloliquefaciens and Saccharomyces cerevisiae as directed-fed microbials on performance, intestinal microflora, and intestinal morphology in broiler chickens, J. Poult. Sci, Vol. 54: 134-141, 2017.4. Wang, C. C. et al., Antioxidant molecular targets of wheat bran fermented by white rot fungi and its potential modulation of anti-oxidative status in broiler chickens, Br. Poult. Sci, Vol. 58 (3):262-271, 2017. | science |
全民玩轉 LHC 公開實驗數據 用虛擬作業系統蓋一個探索小屋吧! | 2008 年 9 月，位於瑞法邊境、全世界最大的粒子物理實驗室──歐洲核子研究組織 (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire, CERN) 開始試運轉大型強子對撞機 (Large Hadron Collider, LHC) 進行試運轉，並於 2012 年證實粒子物理學標準模型 (standard model, SM) 的基本粒子之一「希格斯粒子 (Higgs particle)」存在。時至今日，當年以 LHC 的粒子偵測 器緊湊緲子線圈 (compact muon solenoid, CMS) 所產生之實驗數據也已公諸於世，而人們 也能利用這些數據，重現希格斯粒子的發現過程。近年來在學術界與各國政府單位，都掀起所謂開放資料的 風潮，是繼開放原始碼、創用 CC 授權與開放取用 (open access) 後，另一個知識全民共享的概念。除了在政府方 面可增加公民參與、認可施政方針外，對於研究單位推廣科學普及教育，也是相當大的一個重點。其實公開實驗數據這件事，並不是一個全新的概念。早 在多年前，廣為人知的「美國航太總署 (NASA)」就 已階段性地把舊有的衛星數據、天文望遠鏡照片等資訊公開在其網站上供民眾自由下載，甚至可作為研究論文 發表；而日本研究 B 介子的 Belle 實驗，也有公開一小 部份的實驗數據，作為其高中生參與數據分析科學營之教學活動的教材。接下來所要提的「大型強子對撞機」實驗可說是現今粒子 物理實驗研究的最先端，其在 2012 年所發表之希格斯粒 子發現更是物理界的一大盛事，並在次年讓 6 位提出相關理論的其中 2 位物理學家希格斯 (Peter Ware Higgs) 與恩格勒 (François Englert) 教授得到諾貝爾物理學獎的殊榮。LHC 實驗所在的基地，位於瑞法邊境的歐洲核子研究組織 (CERN), 不但是 WWW 全球資訊網 (即大家每天瀏覽網頁背後的基礎協定) 的發源地，也是歐洲基礎科學研究的一大推手。參與 LHC 實驗的主要成員除了鄰近的歐洲會員國外，美國也是長期的觀察會員國，不僅參與 Atlas 與 CMS 實驗 (2 個主要的通用型偵測器實驗), 還有許多其他規模較小的實驗。而在基礎科學研究不遺餘力的日本，也是觀察會員國之一，主要參與 Atlas 實驗為主。至於臺灣，雖不是 CERN 的會員國，卻也是參與 Atlas、CMS 等實驗的 合作國家，文化部過去甚至與 CERN 官方共同舉辦「藝術與科學倍速合作計畫」及「藝科倍速 @臺灣計畫」 等交流活動。 | science |
數學是一種語言? 何不說是跨域的連結綴飾 | 眾所周知，英文，是國際間共同的語言。而世界上不光只是英文，日文、 中文、法文和德文等各式各樣的語言，都能使人與人之間相互溝通交流。 但其實，溝通並不僅限於文字，或許，數字也可以......2014、2015 年臺灣大學數學系在尋找數學火星人 (現已 改為特殊選才計畫) 時，我想起的文字，是周星馳在電影 《少林足球》(Shaolin Soccer) 中對趙薇說的這一句話:「快回火星去吧，地球是很危險的！」為什麼精熟數學的人會與火星人對比？如果是因為他們具備了與外星人溝通的能力，那不更說明了數學是一種語言？不過，在生活中，我們的確需要用到數學語言來精確地描述。舉例來說時間、尺寸、數量，甚至是從小到大、離不開我們的考試分數等。它常常是貼在我們身上的各 種標籤，例如：身高 180 公分、體重 45 公斤或托福測驗 (TOEFL Institutional Testing Program) 677 分等。而不知道是從哪天起，人類也開始學會在數字及運算符號 貼上不同的標籤了，例如：87 就是白痴 (臺語發音)、2x87=174 (兩個 87 會......)、8+9=17 (八家將就是 義氣)、9527 (周星馳在《唐伯虎點秋香》(Flirting Scholar) 中華府下人的代號，它的真正意涵得從粵語發 音「9 唔易 7」才知道) 等。自此之後，數學與語言之間 的界線，便越來越模糊了。如果用一種抽象的樣貌來看，數學可以跟語言一樣表情達意。舉例來說，以下這幾段文字，在你的生命中可能會有人跟你說過:「Success is sum of small efforts. (成功就是那一點點小小努力的積累。)」「成長，就是歲月的累積。」 「在非洲，每 60 秒，就有一分鐘過去。」它有可能會激勵你往下個目標邁進。也可能會讓你會心一笑。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
從臺灣獼猴降級看人猴衝突 | 2018 年 6 月 25 日，林務局公告，將原本 8 種應予保育 之野生動物降級為一般類野生動物，其中又以臺灣獼猴 (Macaca cyclopis) 最受矚目。臺灣獼猴主要分布於中低海拔森林地區，而在部分鄉村環境中與人類生活區域相鄰，導致資源利用重疊，人猴衝突油然而生。覓食本是動物天性，會在攝食及攝食風 險之間作出權衡 (trade-off), 若風險小於攝食，那麼 動物會選擇攝食；若風險大於攝食，動物則會選擇迴避。在果園周圍的獼猴亦是如此，當人類在果園內活動時，獼猴會選擇迴避風險，並且在果園外圍的樹叢或制高點觀察。當人類一離開，獼猴便會想盡辦法進入果園大快朵頤，畢竟在果園取得的食物熱量比在野外覓食快多了，這也造成許多農民不得不使用各種驅猴工具，一邊照顧水果一邊跟獼猴鬥志，靈長類的戰爭就此展開。無論是網路或新聞媒體，不乏充斥著臺灣獼猴到果園偷吃的各類負面報導，獼猴無知、農民無奈。受到負面觀感的影響，人類對於獼猴的仇恨被渲染開，變成了過街「獼猴」, 人人喊打，使要求獼猴降級及控制族群數量的民怨聲浪更是不曾間斷。在尚未公告臺灣獼猴是否降級之前，新聞媒體便以「今年 6 月有望降級」等字眼下 標題，似乎預告臺灣獼猴降級已成定局。且在臺灣獼猴被降級的當下，各種對臺灣獼猴大開殺戒的社群貼文更是紛紛湧出。究竟是什麼原因造成人類跟獼猴之間有如此深仇大恨？靈長類學習能力強，比起其他野生動物，在危害防治方面需要注意到更多細節。靈長類被認為是有智力的野生動物，因此，在農作物掠奪部分常被視為是故意或帶有惡意的。農民花費了許多金錢及心力在防治上，但當仍有危害產生時，便會尋找更激進的手段來解決猴害。猴害問題一直是管理單位 —— 林務局的燙手山芋，中央主管機關以及地方政府均有對於危害防治的設備 (例如：電圍網) 進行補助，但當獼猴成為一般類野生動物後，主管機關則成了地方政府，因此也不免讓人聯想，獼猴降級是否為中央主管機關卸責的表現？雖林務局聲明表示，降級與獼猴造成的農損無關，但若沒有落實輔導農民進行有效的危害防治，農民與獼猴最終都是環境衝突之下的受害者。適逢同學從事農民對於臺灣獼猴態度的研究調查，因此筆者時常跟著同學一同拜訪作物受到獼猴危害的農民，許多農民都會抱怨:「猴子太多了啦！幹嘛保育呢？」但獼猴從保育類名錄中除名之後，受害的農民又得到了什麼好處？沒有。獼猴依舊光顧結實累累的果園。在野 保法第 21 條就已載明：即使是保育類野生動物，在緊急 的情況下，危害到農林作物、家禽、家畜或水產養殖，得以使用人道的方式予以獵捕或宰殺。等同於在還沒降級以前，農民即可自行處理猴害問題，乃至降級之後，依舊可以因受到危害等事由，進行人道處理。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
麻疹流行後的省思 | 2018 年 3 月，臺灣民眾陷入一陣麻疹恐慌中，人人搶打 疫苗，唯恐惹病上身。早些年，麻疹在臺灣是相當常見的疾病，幾乎人人都得過；而在後續的疫苗施打政策下，使目前青少年對麻疹病毒有免疫力。但為何這波疫情會引起這麼大的恐慌，值得我們進一步探究、分析。回顧麻疹流行期間的新聞，似乎是媒體的資訊散播影響 了社會大眾的行為，如以下報導標題:〈麻疹傳染力強 醫師：併發症嚴重可致命〉、〈一人染病 禍及千人！麻 疹防不勝防成年的你... 反而最危險〉等。這些新聞標題，似乎嘗試告訴我們其致命、散播及嚴重程度。若在不理解臺灣疫苗施打與曾得過麻疹民眾所形成的群體免疫力之下，確實易引起恐慌，其主要來自於對健康風險的擔憂，追本溯源是對傳染病的認識不足。甚至有人投書形容這波疫情的民眾行為，如同先前搶衛生紙風潮，人人搶打導致疫苗缺貨，而使醫護人員、機場勤務人員等第 一線工作者沒有疫苗可用。對傳染病的認識不足，因而對它產生懼怕，引起社會恐 慌，這在臺灣社會並不新鮮。2003 年的 SARS、2006 年 的禽流感、2009 年的 H1N1 流感、2012 年的 H5N2 疫 情和 2015 年登革熱疫情等，類似的恐慌一而再地發生。 而這些傳染病都在在警示著我們：隨著交通便利、資訊傳播快速與健康風險意識抬頭，傳染病及其相關資訊──不論正確與否都會快速散播。所以，全民防疫的時代已來臨，民眾參與防疫是一項不容忽視的課題。首先，對傳染病的教育紮根刻不容緩，若沒有正確觀念，容易因各式各樣的資訊及媒體報導而造成恐慌。有鑑於此，本文將初步介紹麻疹的基本知識及過去臺灣曾發生過的疫情，讓社會大眾對這個傳染病有基本的認識。接著，依照過去臺灣公共衛生促進協會所投入民眾教育的經驗，提出應重視公衛體系問題及民眾主動參與社區防疫的重要性。之所以被稱為麻疹，除了其症狀會發高燒、鼻炎、結膜 炎與咳嗽外，特別在發燒的 3~4 天後口腔黏膜上會出現 柯氏斑點 (Koplik spots), 而在出現柯氏斑點的 3~4 天後，會出現全身皮疹，也是取名為麻疹的原因。主要由麻疹病毒引起的，傳染方式是經空氣、飛沫或直接與 病人鼻腔或咽喉分泌物接觸，在出疹的前後 4 天內具傳 染力。因其傳染力很強，在疫苗尚未問世前，幾乎人人都會被感染。施打「麻疹、腮腺炎、德國麻疹混合疫苗 (Measles, Mumps and Rubella, MMR)」進行預防，已是臺灣 的常規疫苗政策。在小孩出生滿 12 個月及滿 5 歲、入國 小前各會接種一劑，因此，大部分的人都對麻疹病毒有 免疫力，使麻疹疫情不易在臺灣流行。值得注意的是，1980 年以前出生的成人，因自然免疫之故多有抗體。根 據衛生福利部傳染病防治諮詢會預防接種組 (ACIP) 建 議，1981 年以後出生的成人，雖小時候有打過例行性接 種，但隨著時間抗體效力會逐漸減弱。所以，若要前往 麻疹流行地區，建議自費接種 1 劑疫苗。疾管署也建議，在前往麻疹流行地區時，應該做好勤洗手、出入公共場所配戴口罩等預防措施。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
青少年、社群媒體與網路霸凌 | 根據一篇刊登於《BMC 公共衛生》(BMC Public Health) 的研究指出，部分歐洲國 家，14~17 歲學生之間的網路霸凌與長時間的使用社群網站有關。根據調查發現，羅馬尼亞 (37.3%)、 希臘 (26.8%)、德國 (24.3%) 及波蘭 (21.5%) 的學童遭受網路霸凌比例較高，而荷蘭 (15.5%)、冰島 (13.5%) 及西班牙 (13.3%) 的比例則較低。研 究顯示，如果學童平日使用社群網站超 過 2 小時，有較大機率遭受網路霸凌，內容包含收到侵略性與威脅性的訊息、 散布謠言及個資遭他人轉載分享等。研究人員表示，過去認為過度使用社群 媒體會增加成為被霸凌者的風險。但現 今的研究卻打破了傳統的觀念，哪怕只 是使用社群網站時間稍長，都會增添被霸凌的風險。研究人員也表示，除了花費在社群媒體的 時間之外，其他的因素可能也會影響被霸凌的機會。在希臘與羅馬尼亞，許多的霸凌事件起因於缺乏數位素養 (digital literacy) 與相關法律規範等問題。而荷蘭在提升網路安全的策略及教導數位資訊 技能後，則成功的減低網路霸凌的數量。另外，研究人員呼籲將資訊及通訊科技 (information and communications technology, ICT) 納入教育課程之中，尤其是在網路使用量快速增加的國家，以降低網路霸凌的發生。Kalliope Athanasiou et al., Cross-national aspects of cyberbullying victimization among 14–17-year-old adolescents across seven European countries, BMC Public Health, 2018. | science |
宇宙常數的百年孤寂 | 1917 年，愛因斯坦 (Albert Einstein) 為使 廣義相對論中的重力方程式能得到一個靜 態宇宙的解，導入了宇宙常數。在那個年 代，他與其他人一樣，認為宇宙是既不收縮也不膨脹的靜態現象，但這個的想法卻與廣義相對論的重力方程式產生矛盾。在 這樣的情況下，愛因斯坦只好在方程式中 放入宇宙常數，以符合靜態宇宙的結果。然而在 1929 年，哈伯 (Edwin Hubble) 提出了宇宙膨脹的紅移 (Redshift) 現象 後，證明了宇宙確實正在膨脹當中，愛因 斯坦隨即放棄宇宙常數，並且稱這是他 「一生中最大的錯誤」。如今，物理學界 在宇宙常數經歷百年後，重新審視這個 曾經被視為錯誤的常數。幾十年來，物理學家不斷嘗試尋求宇宙 常數的深層意義。而到了 1998 年，特納 (Michael Turner) 觀察到暗物質存在的 證據，表示宇宙常數其值或許非常小，但 不可能為零。物理界對於宇宙常數的研究 再度死灰復燃。近年來，宇宙常數獲得更多的物理意義，因為它有助於將新的理論與觀察結果相互結合。具體而言，透過哈伯望遠鏡觀 測目前宇宙的膨脹，並利用超新星爆炸 測量過去的膨脹以及使用衛星測量宇宙 微波背景輻射，進而證明當前理論與最 近觀察的暗能量現象是有幫助的。Centenary of cosmological constant lambda, Springer, 2018/7/11. | science |
亞洲城市空氣汙染超歐趕美 | 在北京，路上行駛的車輛從 2000 年的 150 萬輛至 2014 年增加為 500 萬輛；印 度新德里的車輛也從 2010 年的 470 萬 輛，預計於 2030 年會大幅增加至 2560 萬輛。近期，根據世界衛生組織 (World Health Organization, WHO) 的調查，大 約有 88% 的亞洲中低收入國家因空氣汙染而導致民眾過早死亡。薩里大學全球清淨研究中心 (Surrey's Global Centre for Clean Research) 研究 了亞洲交通環境的各項汙染源濃度及行 人暴露於這些汙染的狀況。汙染源包括 了汽柴油燃料產生的黑炭及小到足以穿過肺部的細懸浮微粒 (PM2.5)。研究顯示，香港空氣中的細懸浮微粒比歐洲城市高出 4 倍，新德里的汽車所產生的平均黑炭濃度與歐美相比則高出 5 倍。另外，亞洲都市的行人暴露於 PM2.5 的數值是歐美行人的 1.6 倍之多，而暴露的黑炭量則是美國人的 7 倍，且亞洲 的汽車駕駛所受到的汙染則是歐美駕駛的 9 倍。目前，越來越多的亞洲城市積極的建置效能更佳的空氣監測裝置，了解高暴露的汙染源是如何產生，並期望透過這些監測數值，幫助個人、企業及政府制定或實施減少此類風險的策略。Prashant Kumar et al., A review of factors impacting exposure to PM2.5 , ultrafine particles and black carbon in Asian transport microenvironments, Atmospheric Environment, Vol. 187: 301, 2018. | science |
戴爾布呂克與我 | 拍拍封面，翻開塵封已久的生物學教科書，盧瑞亞 ─ 戴爾布呂克分佈 (LuriaDelbrück distribution) 靜靜地躲在某 一頁的角落：若突變是隨機發生 (達爾文式), 而非 受到環境誘導發生 (拉馬克式), 它在 細胞群體中的分佈比例會遵照這個公 式。戴爾布呂克 (Max Delbrück) 與盧 瑞亞 (Salvador Luria) 證明大腸桿菌產 生的抗噬菌體突變，其分佈的確如此。 也就是說，他們證實演化論裡最重要的 假說：遺傳變異先於環境變化發生。在我讀書時，生物系的學生對之視若無 睹。DNA 都可以直接剪接，誰還管演化 的數學敘述？放下書本，腦海裡的畫面倒回 80 年前...... 1937 年，出身德國菁英階層的物理學家戴爾布呂克對生物學產生興趣，於是 到美國加入方興未艾的分子生物學研 究。他看到納粹已經完全控制了德國，便留在美國。幾年之後，他的哥哥、姊 姊與姊夫預謀對希特勒行刺，事發被捕 處死。1 年後，義大利醫師盧瑞亞獲得美國資 助，前來參加戴爾布呂克的研究工作。 他在醫學院受 2 位諾貝爾獎得主指導，又曾任軍醫，卻因為墨索里尼禁止猶太 人從事學術研究，只好逃往巴黎，輾轉 來到美國。1943 年，法西斯氣燄正盛，長夜無盡 之際，戴爾布呂克與盧瑞亞卻在美國內陸的清淨地田納西，思考一個重要問題：細菌因基因突變對噬菌體產生抗力，是在接觸噬菌體前就自發產生的，還是接觸後適應壓力而產生的？當時還沒有發現 DNA 的結構，更不用 說今日習以為常的基因定序等分析方 法，基因只是一個觀念、因子，看不見 且摸不著。實際上，戴爾布呂克受聘於 范德比大學 (Vanderbilt University) 教授物理，而生物學的研究只是他的興 趣，所以「看不見摸不著」的因子對他 來說完全不是問題。他依據 2 個假說，建立不同的突變分佈模型，並以統計方 法預測抗噬菌體細菌出現頻率。而盧瑞亞是實驗好手，他根據戴爾布呂 克的統計模型設計實驗，結果確認了細 菌基因突變是在接觸噬菌體前就自發產 生的。於是兩人一起撰寫了篇論文，大 半篇幅都在解釋統計模型，實驗數據 就 2 個表、1 張圖，發表在《遺傳學》 (Genetics) 期刊中。目前此期刊的科學 引文索引 (Science citation index, SCI) 點數不到 6, 戴爾布呂克若在今日大概 連升為副教授都會有問題。但這是生物 學有史以來第一次有人利用實驗方法驗 證達爾文的天擇說。1969 年兩人因此獲頒諾貝爾獎。現今大家通稱他們的模 型為「盧瑞亞─戴爾布呂克分佈」。自薛丁格以來，分子生物學便一直為物理學家所推動發展，戴爾布呂克繼續發揚光大，因此分子生物學家多半有良好 的定量遺傳學訓練。1953 年，有個物 理學家與鳥類學家聯手改變這個傳統，從此，分子生物學就與遺傳學分流，分 子生物學家開始不懂數學了。這 2 人便是克里克 (Francis Crick) 與華 生 (James Watson)。他們發現 DNA 雙 螺旋結構及分子生物學中心教條 (The central dogma of molecular biology), 也就是 DNA 轉錄 RNA,RNA 轉譯成蛋 白質 (protein)。日後基因「剪貼」酵 素的開發，徹底將分子生物學轉變為 「基因工程」的先修班。接下來的 50 年中，基因操作與訊息傳導獨大，「盧 瑞亞─戴爾布呂克分佈」從此靜靜躺在 生物學課本的角落。60 年代，盧瑞亞與戴爾布呂克繼續研 究細菌遺傳因子的同時，有個年輕的以 色列人費德勒 (Isaiah J. Fidler) 到美國 讀獸醫學士並隨後取得博士學位。後來 他在美國國立癌症研究所弗德烈克院區 (NCI-Frederick) 開始第一份正式的癌 症研究工作。1983 年，他問了個此領 域的老問題──癌症擴散 (metastasis) 是因為原位腫瘤自發產生有擴散能力的 細胞，抑或是細胞偶然漂流到其他器 官，適應當地環境而生長造成的？這與戴爾布呂克的問題何等相似！費德 勒自述，他馬上想到要進行戴爾布呂克 實驗。結果清楚發現，有擴散能力的細 胞，自發產生於擴散之前。如此解決 100 年來關於腫瘤擴散的爭論。我在美國讀博士班時，上的第一堂課就是費德勒教的癌症病理學簡介，只要是 有 (獸) 醫學背景的人，一定會告訴你，無論研究哪種醫學問題，病理學都是不 能不學的。但是那時我滿腦子都是「先 進」的分子生物學、訊息傳導和分子機 制等，根本不想搭理「無聊」的病理學，也對費德勒的研究一無所知。那時剛進入 21 世紀不久。來到紐約發展 的馬薩給 (Joan Masague) , 已經發現好 幾個重要基因，一躍而成分子生物學領 域的大牌。當他決定以腫瘤擴散為下一 個研究目標時，馬上「複製」費德勒 實驗，鑑定出所謂的「擴散基因」。他 的博士後研究員康義濱，將這套系統 發揚光大，發表多篇著名論文，日後 成為近年來普林斯頓大學 (Princeton University) 最年輕的正教授。我在博士班畢業後，到國立癌症研究所 工作，第一個研究題目便是建立腫瘤擴 散模型。如此一來，有許多實驗就得要 到弗德烈克院區做。峰迴路轉，以前沒 好好聽課，沒想到日後要在老師曾待過 的地方、用他的方法、做他「設計」的 實驗。又過了 10 年，腫瘤定序已成為我日常 工作的一部分。當我望著堆積如山的資 料，不知如何從中理出癌症基因突變的 規則及其演化方式時，忽然想到，應該 試試乘冪定律 (power law)。我不懂 數學，只能找現成的方法。一查近年來 討論癌症基因突變演化的論文，滿坑滿 谷，盡是「盧瑞亞─戴爾布呂克分佈」! 對定量遺傳學一知半解的我，學校畢業 十幾年之後，又將生物學教科書翻出 來，找到那一頁，重新讀起。我們終於 要回歸遺傳學的老傳統，這讓從年輕時 便讀著戴爾布呂克故事的我，心中的感 動實在無法言喻。 | science |
相對論效應 在化學上的應用 | 愛因斯坦的「相對論」並非艱深難懂、遙不可及。事實上，它相當平易近人，並且就存在你我之間，隨處可見。愛因斯坦毫無疑問是科學界最偉大的人物之一，其畢生工作就是把大部份的物理學幾何化。包括時間變成了三 度空間座標的第 4 個夥伴構成「四維世界」, 以及引力被解釋為「四維世界所以彎曲的表現」。他對科學界做重要的貢獻有二，一是「相對論」, 另一是「統一場論」(因為他是第一個提出此想法的人), 但讓他一舉成名的無疑是「相對論」, 筆者倒想在這裡介紹「相對論效應」對我們日常生活的影響。一般我們都承認，只有「相對論量子力學」才是真正理解化學現象的嚴格理論基礎，但承認歸承認，實際上卻很少有人用它來進行化學研究。近年來，電腦科技進步及各種計算方法的發明，為相對論量子化學的複雜計算提供了有效工具，使其成為理論化學領域中的後起之秀。大量研究結果指出，隨著原子序數的增大，「 相對論效應」的影響亦跟著增加，不僅如此，「相對論效應」還可以解釋各種重元素「反常」的化學現象，也因此其對原子和分子化學性質的影響，早已在國際上引起了廣泛的注意和重視。舉例來說，有些元素週期表中同一家族、性質差異卻有大有小，如銅 (Cu)、 銀 (Ag)、 金 (Au) 3 種元 素，它們在週期表裡雖屬於同一行家 族 (第 11 族), 但銅和銀的性質較 為近似，而金卻和銅及銀的性質差異 頗大。又鋅 (Zn)、 鎘 (Cd)、 汞 (Hg) 元素在週期表裡也屬同一族 (第 12 族), 鋅和鎘的性質就比較相似，而 汞則和前面 2 種元素性質可說很不一 樣。還有錫 (Sn) 和鉛 (Pb) 等元素 (第 14 族) 原子也都有類似的狀況，這些都可以用相對論效應來解釋。在解釋相對論效應之前，可先對各族 包含原子序 (Z)、電子組態、游離 能以及電子親和力等特質作基礎了 解，如下 (表一～三), 我們將舉數 個實例，探討相對論效應如何影響元素及化合物的化學性質。在開始探討這些現象前，先來簡單介紹一下「直接」與「間接」相對論效應。原子核本身帶有正電荷，這使得越靠近原子核的電子會受到較強的原子核吸引力，導致電子的運動速度接近光速。根據愛因斯坦的「狹義相對論」, 任何物質的運動速度若接近光速，其質量必然跟著改變，且該電子的「相對論質量」將會增加，而電子繞行原子核的軌道半徑將會縮小，導致電子能階的能量下降，電子雲分佈縮小，該現象即為「直接相對論效 應」, 又稱「相對論收縮 (relativistic contraction)」。 這種相對論收縮對 s 和 p 能階的影響尤其明顯，原子量 很重的元素更是如此。由於相對論收縮源自於元素的原子核與 s、p 電子 的直接作用，故又稱為「直接相對論效應」。......【更多內容請閱讀科學月刊第 585 期】 | science |
群論、對稱與基本粒子 | 數學語言對制定物理定律的恰當性的奇蹟是一個我們既不理解也不應得的好禮物。 我們應該感激它，並希望它能在未來的研究中同樣有用，並且無論是好還是壞，都會令我們在更廣大的新知領 域 上 感 到 興 奮 -- 儘 管 或 許 也 將 使 我 們 困 惑 。- 1960 年 維格納 (Eugene Wigner) 在數學及抽象代數中，群論 (group theory) 是一種「群」的代數結構。 「群」在抽象代數中，正如環、體與向量空間一樣有其重要地位，但群論的發展卻有一段坎坷的歷史脈絡。雖然早在約 200 年前，就已經被一位默默無名的年輕數學天才發現，但它 在物理及化學上的應用卻遲至 20 世紀初，物理學家開始了解物理定律的對稱性後才慢慢受到重視。1920 年 代，德國的魏爾 (Hermann Weyl) 與匈牙利美籍的維格納為最早將「群論」介紹到量子力學的物理學家，後 者則在 1963 年因「在原子核及基本 粒子理論上的貢獻 -- 尤其是透過發現及應用對稱的基本原理」而獲得諾 貝爾物理獎的殊榮。1981 年，日本京都大學 (Kyoto University) 的福 井謙 (Kenichi Fukui) 及美國康乃 爾大學 (Cornell University) 的何 福曼 (Roald Hoffmann) 則因發展 使用分子能階 (molecular orbital) 的對稱性質來闡釋先前很難理解的化學反應，而穫得諾貝爾化學獎。今日，群論已是探討基本粒子物理上不可缺少的工具！筆者在《科學月刊》483 期〈對稱與 物理〉一文裡談到許多物理定律的對稱性；但因那裡所談到的對稱都是屬於不抽象、容易想像的對稱，所以用 不到群論。而在《科學月刊》539 期 〈規範對稱與基本粒子〉一文裡，筆者介紹抽象的規範對稱後，被「迫」 不得不提 U (1)、SU (2)、SU (3) 及 SU (2)×U (1) 等群論符號，但 是未加說明其數學意義。本文之寫作動機就是希望能彌補上面的缺陷，也為筆者下一篇文章〈基本粒子的標準模型〉鋪路。1829 年春天，年僅 17 歲的伽羅瓦 (Évariste Galois) 為了回答一般多 項式方程式有無「根解〔註一〕」的問題，寄了一篇論文給法國科學院的數學及物理學家柯奇 (Augustin-Louis Cauchy)。 在那篇論文裡，他提出多 項式方程式「解」的排列組合「群」之特殊關係正是方程式有無「根解」 的秘密所在，再次的證明一般的 5 次 方程式無根解。柯奇是出了名的只宣讀自己論文的院士，因此答應在科學 院裡宣讀一位 17 歲小孩的論文顯然是看出該論文的份量，但卻突然因病 延期，該論文從此消失。1 年後，伽 羅瓦又因申請法國科學院大獎提出 (有一說是因柯奇鼓勵他提出的), 但負責審查的數學家卻在數週後辭世，大概也將那篇論文帶進棺材，因此沒有人知道它的下落，伽羅瓦最終沒有得獎。1830 年 7 月，法國第 2 次革命成 功，柯奇因不滿要宣誓效忠新政府，而於 8 月底開始其瑞典和義大利的 7 年逃亡生活。1831 年 1 月，另一負 責審查大獎的數學及物理學家泊松 (Siméon Denis Poisson) 再次邀請 伽羅瓦提出其論文。但數個月過去依舊石沉大海，伽羅瓦終於忍不住了，寫一封不客氣的信給院長，要求泊松不管怎麼樣都必須給一個答覆。 他的革命同志學長恰瓦禮 (Auguste Cheliver) 更於 5 月登報攻擊法國科 學院對這位數學天才不公平的待遇，認為這是造成伽羅瓦對政府的暴力革 命傾向 (伽羅瓦認為 7 月革命只是換 湯不換藥，並沒有建立真正的共和)。泊松發現他的名字上報後，終於不得不儘速完成審查，7 月 4 日提出報告表示：這篇論文既不清楚，也沒有足夠發展出來，因此我們無法判斷其嚴謹性。我們也無法對這項工作提供清晰的概念。⋯⋯理論的不同部分常能相互澄清，比單獨理解它們更容易。我們應該等待作者發表他的完整作品後，才能有明確的意見。......【更多內容請閱讀科學月刊第 585 期】 | science |
全球減碳利器─ 碳交易市場 | 根據國際安永會計事務所 (Ernst & Young) 今 (2018) 年出版的再生 能源國家吸引力指標顯示，臺灣在 2017 年雖然較前年進步，但排名仍 是比 2012~2015 年差，其中有一個 很重要的原因在於臺灣碳交易市場的進展緩慢。排放交易市場 (emissions trading system, ETS) 是以市場導向的環境 政策工具，其理論基礎為寇斯定理 (Coase theorem), 將原本財產權 定義不明的公共財 (如汙染權), 透過產權界定與自由交易，以有效解決溫室氣體排放問題，但前提是排放交易必須建立在總量管制與排放交易的基礎上。而透過排放權的交易，買、賣雙方能得到最大效用，同時降低環境汙染與氣候變遷程度，以達到能源、環境與經濟的三贏。排放交易的好處是，它能以最具經濟效益的方式促進所有設施的減排。當配額市場價格高於企業減排成本時，企業將能從減排和出售配額中獲得利潤。相反，減排成本高於市場價格的企業則願意購買配額。透過碳定價，企業和經濟參與者被鼓勵在制定運營決策和長期投資規劃時將碳價值考慮在內。因此，總量控制與交易體系是一種有價值的工具，它能以比其他政策選項更具成本效益的方式來減少溫室氣體的排放，這意味著用同樣的成本可以實現更大規模的減排量。考慮到此工具的優勢，因此，歐盟制定歐盟排放交易體系，並 自 2005 年起開始實施。其中部分靈 感是來自美國《清潔空氣法》(Clean Air Act) 所制定的二氧化硫 (SO2) 配額交易體系設計。另外，增加拍賣比重也可以更有效地透過調控市場供給來提升交易市場的活躍程度，歐盟將每年逐步調高總排 放權中的拍賣占比，希望在 2027 年 前完成 100% 採拍賣原則，使高度排 放汙染的產業能夠更積極提高減排動機，並提出實際減碳作為。目前，國際碳交易機制主要可分為強制交易市場與自願交易市場，其中強 制交易市場又可分為以下 2 種類型：(一) 計畫型市場，例如京都議定書下清潔發展機制的核證減排量、聯合減量機制的排放減量單位，均屬此類。(二) 配額型市場，例如京都議定書下排放交易機制的核配額度、歐盟排放交易制度的歐盟配額，均是此類排放權交易商品。其中，歐盟排放交易市場大多由「能源期貨交易所或證券交易所」掌握歐盟排放交易平台的建立及維護工作。目前有包含歐洲氣候交易所、歐洲能源交易所等多個平台可進行交易，交易量最大的是歐洲氣候交易所，約占整個歐盟排放交易制度 85%。圖一為目前全球區域、各國及地方政 府的碳定價舉措，有 42 件為國家型、 25 件是地方政府，規劃要執行的則 有 47 件，而臺灣被歸類在「尚在考 慮中」。現今已執行的碳定價舉措僅 涵蓋全球溫室氣體排放量約 15%, 若加入去 (2017) 年底剛成立的中國碳交易市場，則增加至 20~25%。雖然這些發展表現出近幾年碳定價舉措的成長，但仍需要有重大的進展才能使碳定價舉措與巴黎協定雄心一致。......【更多內容請閱讀科學月刊第 585 期】 | science |
臺灣獼猴、人猴衝突 與保育議題 | 清晨滂沱的大雨中，在 2 樓陽台的木 地板上發現一坨在野外許久未見的大便，沒想到它的主人昨晚第一次造訪我家，就留下到此一遊的痕跡，而且內含物還顯示牠吃了鄰居家的香蕉。白鼻心在我所居住的農田、果園環境是有能見度的，每次見到總是先偵測到牠的雙眼，在黝黑的夜色中，被車燈照到的雙眼反射出紅色的光，但也總是要極盡眼力，才能有幸在不驚擾牠的距離下，窺得其全貌與行蹤。就在興奮的跟友人分享白鼻心的造訪時，友人的提問讓我頓時陷入人與野生動物共存議題的思考。友人問，如果白鼻心以後天天來訪，我還會因為看到牠們的排遺而興奮不已嗎？在臺灣，某些低海拔山林或於人類聚落、耕地附近活動的物種，由於棲地和資源與人類高度重疊，因此物種數 量深受人類活動與資源分布影響。 所 以，當林務局宣佈臺灣獼猴 (Macaca cyclopis)、 白鼻心 (Paguma larvata) 和山羌 (Muntiacus reevesi) 等淺山 生態系中活躍的中大型哺乳動物要從保育類名錄下架，不再受野保法規範時，我不禁要問，「臺灣獼猴，你們準備好了嗎？」還是，在更改這些物種的保育等級時就應該要確定的是...... 大家準備好了嗎？在決定野生動物是否要列入保育類物種名錄時，數量似乎是大家馬上想到的決定因子，但絕對不是唯一的決定因素，更何況人們對大多數野生動物的族群量並沒有科學資料可作為評斷的依據。現今臺灣獼猴族群量為何？近期應該沒有一個全臺調查研究可以解答，目前所知道的是在 2000 年所發表的資料，全臺獼猴數量估計約 26 萬隻 (95% 信賴區間約 14~35 萬 隻), 在獼猴密度較高的闊葉林，呈現每平方公里 0.72 群的密度，而以相 對猴群密度來看，每走 10 公里的樣線 (森林性棲地) 會遭遇 1 群獼猴。既 然現有的獼猴數量是個無法有科學資料可作為參考的因子 (其他被下架的物種也是一樣的狀況), 那就得要更仔細考量獼猴族群變動的趨勢為何？是否面臨足以威脅其族群的因素？在筆者的研究裡，自 2005 年開始有 機會在臺灣多處山林調查臺灣獼猴族群，從北部福山試驗林、中部八卦山南段、南部恆春半島區域及屏東北部低中海拔山區所彙整的資料，顯示在低海拔闊葉林的獼猴密度是每平方公 里有 32~45 隻 (1.1~1.8 群 / 平方公 里); 在屏東北部低中海拔山區調查 到臺灣獼猴相對密度為 0~0.3 群 / 公里，而在有獼猴分布的步道調查，其相對密度與過去全島調查的資料是相近的。那在高海拔林地的獼猴族群又是如何？目前高海拔區域臺灣獼猴的資料較少，不過在全島調查的資料顯示，在高海拔針葉林的獼猴雖然密度較低，較少受到人類干擾的衝擊，嘉義縣阿里山鄉的調查結果顯示，區內海拔及植被類型與自動相機偵測到的獼猴出現頻度相關，臺灣獼猴相對密度高。由以上區域性的獼猴密度來看，近年來低中海拔闊葉林的臺灣獼猴族群應無下降的趨勢，雖高海拔區域資料較少，但局部資料也並未顯示獼猴族群稀少。......【更多內容請閱讀科學月刊第 585 期】 | science |
基因編輯在表觀遺傳修飾中的應用 | 在不改變基因序列的前提下，透過生化機制來改變基因、控制基因的表達與否，是表觀遺傳學；透過酵素將基因進行剪接、改變基因的序列，是基因編輯技術。而當南轅北轍的兩方法相遇，還能為生物技術帶來什麼樣的突破與發展......。一個生物個體如何順利展現出生命現象，必須靠體內各個器官的分工合作，而器官是由組織構成，組織由細胞組成。因此，每種不同的細胞如何適地、適時、適當的表現其該有的生理角色，靠的就是細胞核裡面遺傳物質 DNA 所帶有的所有的生命密碼。這 DNA 構成的生命密碼，如果把它想像成是一本寫滿各種生命資訊的書，雖然每個細胞都拿同樣的一本書，但不同的細胞在不同的時間，只會需要使用到其中的某些章節或某段落的話，那不同細胞裡面的這本密碼書，就會畫滿了各式重點標記，而這些不同細胞並不需要使用到整本密碼書，只要能解讀出跟其有關的部分即可。因此，需要用到的重點基因段落，該如何被標示清楚跟適當使用，很是重要；至於其它暫時用不到的基因密碼資訊，也得確實標示跟收納，而這些標示跟收納的機制，依靠的就是表觀遺傳的修飾作用。每個不同細胞內，基因們適時適量的開開關關，會左右著生物個體的命運。假如說，某個基因跟控制細胞的分裂有關，那當它過早或是過量表現時，就可能會讓細胞不聽使喚，最糟的狀況就是變成癌細胞。以圖一所示，一個基因 A 被「封存」時，也就是不轉錄時，其部分 DNA 序列可能會被加上甲基官能基，透過一系列的生化反應去適時地「封存」該基因的表現；有時候「封存」的效果也會透過以 在「收納」這類基因的各種核小體 (nucleosome) 中的組 蛋白上，添加不同的化學官能基 (functional group) 去達 成。這一類封存基因表現的方式，就被稱為「表觀遺傳修飾 (epigenetic modification)」, 其好處就在於既然它們是透過化學標記去封存，一但化學標記被移除，就很容易解開封存，達到適時、適量、適地有效開關基因的方式。同理可推，假如有某個像是抑癌基因這般重要的基因，在不該被封存的時候，被以表觀遺傳修飾的方式封存，使該表現的時候無法順利表現，一樣也會造成生物個體的問題。其實，不只是令人聞之色變的癌症，生物個體舉凡代謝、生長、分化、發育、生殖等許多功能，端賴不同基因有系統的開開關關，表觀遺傳修飾無法準確地進行，會是很大的問題。所以，如果我們明知某種癌症的主要成因是某種基因被表觀遺傳修飾不適當的封存，那有可能解開嗎？過去幾十年表觀遺傳領域的發展，的確讓我們明白某些重要的基因，是如何透過表觀遺傳修飾控制其表現。但，了解是一回事，如果明知某些修飾是重要的，要如何調整這些修飾，達到撥亂反正的效果，就令科學家費盡心思。不過，近年來也有不少表關遺傳修飾相關的研究出現，這其中以利用化學藥劑來影響表觀遺傳修飾的努力最有成果。過去幾十年，已經有數種可影響表觀遺傳相關的藥劑上市，這類藥劑專一的抑制某些表觀遺傳修飾酵素的活性，間接的減少某些不必要的修飾，讓被表觀遺傳機制封印的某些基因活化，達到治療的效果。......【更多內容請閱讀科學月刊第 583 期】 | science |
探究大麻的生理機制與藥理應用 | 大麻在多國列為管制藥品，在我國則屬於第二級毒品 (法務部) 和第二級管制藥品 (衛福部)。最近，美國繼 30 州 (最早是 20 年前的加州) 通過藥用大麻合法化後，又有 9 個州接著通過娛樂用大麻的合法化。因此，也引起國內部分民眾向政府建議，是否也該開放大麻在醫療上的使用？是否應該讓屬於第二級管制藥品的大麻降為第三級管制藥品？在這議題尚未形成社會共識前，或許能先從較少爭議的學術性角度切入，探討大麻含有哪些有效成分供醫療用途使用？目前透過各種研究所知其成分在體內的作用途徑和機制。大麻自古就是一種常見的經濟作物，可作為紡織原料織成麻布、繩索和造紙，也可榨油或作為藥草治病，例如中藥的火麻仁，就是以大麻種子作為主要成分炒熟調味後，主治便祕。大麻植株內含的化學成分不下 500 多種，最主要的四氫大麻酚與大麻二酚 (圖一), 是 1964 年由以色列的藥物化學家麥查蘭利用色譜法所找出的活性成分。不同的大麻植株，會含有不同濃度的四氫大麻酚與大麻二酚；大麻二酚的藥用價值較高，而四氫大麻酚則是造成感官刺激和上癮的主要成分。此外，科學家也成功的在大麻萃取物中確定 70 餘種具有影響腦部功能的化學成分，包括大麻酚、大麻萜酚等，通稱為大麻素。拜這些大麻物質陸續被發現所賜，科學家最終找到體內會與大麻素結合的 2 種主要受體 ── CB1 和 CB2, 前者廣泛分布於中樞和周邊神經系統，而後者主要表現在免疫系統 (圖二); 大麻物質會活化這兩個主要受體而影響人們的生理功能，然而，大麻物質尚會結合到其他的受體，像是 GPR55 (G protein-coupled receptor 55)、γ- 氨基丁酸 A 型受體 (GABAA) 或離子通道，例如瞬態感受器電位陽離子通道 (TRPV1) 上，產生複雜的生理作用。由於這些研究和發展，化學家因而合成許多仿大麻化合物，希望能開發出有用的小分子藥物。而同時，科學家也在人體內找到屬於酯質類的內源性大麻素──花生四烯酸乙醇胺和 2 - 花生四烯酸甘油酯，它們同樣會與 CB1 和 CB2 結合並活化該 受體，參與體內的生理作用。圖一：大麻的主成分四氫大麻酚與大麻二酚。圖二：大麻受體 CB1 和 CB2。既然知道大麻主成分是透過 2 種受體的作用，進而影響人體的生理功能，那首先便來探討其特性。位於神經 細胞軸突前的 CB1 受體是由 472 個胺基酸所組成，而位於免疫細胞上的 CB2 受體則由 360 個胺基酸組成，兩者皆屬於能和細胞膜上 G - 蛋白偶合的受體家族，但兩者間的氨基酸序列相似度只有 44%。當軸突前神經細 胞末梢上的 CB1 受體受到軸突後內源性大麻素的反向傳導 (或四氫大麻酚、大麻二酚的服用) 而活化後，會抑制細胞內 1 種重要二次訊息──環磷酸腺苷 (cyclic AMP) 的產生，但會增加另一細胞訊息──促分裂素原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinases, MAPK) 的酵素活性。此外，大麻 CB1 受體也會抑制鈣離子通道的開啟和打開鉀離子通道，因此會抑制細胞的活性。相對於學界對 CB1 受體運作的了解，免疫系統上的 CB2 受體功能研究較少；目前所知，這受體在受到內源性大麻素的刺激後，除一樣會抑制環磷酸腺苷外，另外會透過內在化 (internalization) 機制進入細胞質內，再引發次級訊息反應。內源性大麻素所參予的生理功能位於中樞神經系統的 CB1 大麻受體，會因為受到內源性大麻素的作用或因服食大麻而活化，因此讓學者有機會了解到大麻所參與的多種生理功能和病變，例如軸突前的 CB1 受體活化後會影響神經傳導物質 (興奮性的麩胺酸或抑制性 γ- 氨基丁酸) 的釋放，長久下來就會引起神經可塑性 (neuroplasticity) 的變化，進而改變發育中的神經新生和成體的學習與記憶能力。值得一提的是，反對大麻開放使用最強而有利的論證，就是長期吸食大麻會造成學習與記憶的衰退，進而影響到工作上的表現，推論這主要是四氫大麻酚在腦部持續刺激 CB1 受體的結果。或許最為人熟知的大麻作用是對於疼痛的調控，大麻物質會透過 CB1 和 CB2 的作用降低痛神經的活性，進而減緩個體的疼痛感。近年來研究也顯示，大麻對疼痛的抑制可能也會經由其他離子通道的活化達成，此離子通道就是先前提到的非選擇性陽離子通道 TRPV1 和屬於同一家族的其他成員 TRPM8 與 TRPA1。內源性大麻素對個體會有緩解焦慮感的功能，透過動物實驗的研究發現，這作用似乎和大腦前額葉皮質、杏仁核和海馬迴的大麻受體有關，內源性大麻素會抑制這些腦區麩胺酸 (glutamate acid) 的釋放，達到降低個體的焦慮感。此外，目前已知長期焦慮易導致個體產生憂鬱症狀，而中強度的運動或長期服用抗憂鬱劑均會誘導腦部增加內源性大麻素的產生，使穩定情緒。尤其下視丘廣泛分佈大麻 CB1 受體，與人體內因應緊張時的「下視丘– 腦下垂體– 腎上腺 (Hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA axis)」軸線有關聯，大麻物質會透過 CB1 受體抑制壓力荷爾蒙皮質醇 (cortisol) 的釋放，因此，當遇到壓力時下視丘會大量釋放內源性大麻素，緩和情緒和增加個體的抗壓性。內源性大麻素也對食慾調控有顯著影響，同時和周邊大麻作用 (肝臟或脂肪組織), 共同參與體內的能量代謝。人體大腦的下視丘 (hypothalamus) 可說是個體食慾調控的中樞，而大麻物質會透過下視丘內的 CB1 受體刺激食慾，並影響各種誘發 (orexigenic) 和抑制食慾 (anorexigenic) 荷爾蒙之間的平衡，而且體脂肪所釋放的瘦身素 (leptin), 也會藉由抑制內源性大麻素的釋放達到抑制食慾的目的，因此，大麻也和控制肥胖 (obese) 的機制有關。圖三：大麻的各種臨床應用。除上述的中樞神經作用，大麻對周邊器官也有廣泛的影響。在心血管系統上因有表現 CB1 和 CB2 受體，所以四氫大麻酚或花生四烯酸乙醇胺會舒張血管，而產生降血壓的作用；胃腸道內也同樣表現這 2 種大麻受體，透過 CB1 受體的活化，大麻可抑制胃腸道內乙醯膽鹼 (acetylcholine) 的釋放，因而降低胃腸道的蠕動。此外，大麻也會調控腸道內膽囊收縮素 (cholecystokinin) 的釋放量和改變腸道菌叢 (microbiota), 進而影響個體的消化功能。由於現今對腸道菌叢的研究非常熱門，也知道腸道菌相的改變不只影響消化系統，也影響著免疫力和中樞神經活性，代表大麻會透過調控腸道菌叢對這些生理功能產生間接性的影響。如前所述，在免疫系統上主要表現的是 CB2 受體，花生四烯酸乙醇胺和 2 - 花生四烯酸甘油酯會活化 T 和 B 淋巴球，因而抑制發炎性物質介白素 - 6 (interleukin-6) 和腫瘤壞死因子 -α(TNF-α) 的產生。此外，花生四烯酸乙醇胺和 2 - 花生四烯酸甘油酯也會刺激骨髓內造血幹細胞 (hematopoietic stem cell) 的分化，增進個體免疫力。大麻的藥理作用大麻主成分大麻二酚早期在臨床上就有治療青光眼 (glaucoma) 和糖尿病視網膜病變 (diabetic retinopathy) 的應用，此外，也用於減緩噁心、嘔吐症狀。目前，藥用大麻或大麻二酚可用以治療癲癇症的話題熱議，是由於在多種癲癇症的動物模式上看到正面的效果，研究顯示此癲癇效果可能是大麻二酚平衡細胞內的鈣離子濃度、活化腦部抑制性 GABA 神經的活性，或讓 TRPV1 和 TRPV2 離子通道去敏化 (desensitization) 所共同達成的效果；重要的是，在初步臨床測試中也顯示在兒童頑抗性癲癇症 (Lennox-Gastaut syndrome, LGS) 上，大麻二酚和安慰劑做對比後，有顯著的治療效果。此令人振奮的結果勢必引發下一波更大規模的研究，驗證藥用大麻是否能治療此棘手疾病或其他類型的癲癇。而另一藥用大麻應用則是對疼痛的緩減，大麻二酚可透過抑制花生四烯酸乙醇胺代謝酵素的活性 (因而增加內源性大麻素的體內濃度)、TRPV1 和 TRPA1 離子通道的去敏化或活化血清素 5-HT1A 受體等作用，達到止痛的效果，因此，對風濕性關節炎、神經損傷等慢性疼痛，有治療的效果。近期與大麻相關的議題還有在癌症上的治療，雖有研究報導指稱大麻二酚可以抑制癌細胞增生和促使癌細胞凋亡，但目前大麻在癌症治療上最重要的藥理功能，仍然是緩解癌末時所帶給病患的疼痛感。此外，大麻二酚也被發現在動物實驗中能抑制發炎和細胞激素 (cytokine) 的作用，所以在腦炎、風濕性關節炎或結腸炎等自體免疫疾病上能發揮其藥效，也因此在臨床測試上看到大麻二酚有抑制器官排斥的效果。不僅如此，大麻二酚也具有抗氧化功能，所以，抗氧化加上抗發炎的藥理作用，在動物實驗中已證實對神經具有保護作用，對於帕金森氏症、阿茲海默症和亨丁頓舞蹈症等神經退化性疾病的治療有所幫助。而這保護機制可能是直接的抗氧化作用，無須經由 CB1 或 CB2 受體活化。大麻的成癮性和不良反應而一說到大麻，大眾都知道濫用大麻會導致上癮，雖然上癮的速度會因服用植株的種類、大麻素的不同和用量的深淺有很大的差異，但可以確定的是，四氫大麻酚會活化中腦多巴胺酬賞系統 (圖四), 使多巴胺釋放、個體產生欣快感，導致吸食者不容易脫離大麻的使用。長久下來，會影響患者的智力和記憶力，造成學習力下降、職場表現不佳而失去工作，更嚴重則會產生精神病變 (psychosis), 以下就來探討大麻的不良作用。圖四：大麻活化中腦多巴胺酬賞系統。根據先前研究顯示，大量吸食大麻會導致缺血性中風 (ischemic stroke) 的可能，是大麻物質對腦血管痙攣所造成的結果。四氫大麻酚也會在短時間內引發心輸出量的增加，造成血管內血流動力的不穩及一氧化碳與血紅素結合量的增加，超出個體心血管系統的承載，發生心肌梗塞和心絞痛的機率因而提升。此外，由於大多數人服用大麻是透過吸食，使患者容易出現慢性支氣管炎 (bronchitis) 和呼吸管道炎性反應，並增加肺部感染的機率。可幸的是，雖然大麻和菸草均含多種致癌物質且會在吸食時擴散進入肺部，但不若菸癮者容易導致肺癌，在長期吸食大麻的患者鮮少有發生肺癌的病例。最後，雖然前述大麻可以緩解噁心、嘔吐症狀，但大量吸食大麻卻會導致大麻劇吐症 (cannabinoid hyperemesis syndrome), 一旦發生，一般常用的止吐劑均無法抑制，只能停止吸食和補充電解質才能緩減症狀。結語目前大麻在全世界的使用情況，可以區分為娛樂用大麻，即乾燥的大麻植株，含有較高濃度的四氫大麻酚；醫藥用大麻，此亞種內含有較高的大麻二酚和相對少量的四氫大麻酚；具藥理用途的大麻萃取物，像是今 (2018) 年 6 月美國食品藥品監督管理局 (FDA) 核准 GW 製藥公司 (GW Pharmaceuticals) 所開發的治癲癇大麻藥物 Epidiolex。不論是藥用亞種或萃取物，人們自應樂觀看待大麻植株內有藥效的成分能夠被一一分離，開發為有用的臨床藥物；並希望減少娛樂性大麻的濫用，以降低對身心的危害和社會成本的耗費。欲達成這些目標，則有賴於專家、學者在基礎與臨床上的持續研究，以及一般社會大眾能擁有足夠正確的科普知識，共同凝聚對大麻的醫藥使用準則。 | science |
全面探討大麻的法律解鎖 | 儘管吸食大麻目前在世界上許多國家仍是非法，但是在荷蘭、烏拉圭、加拿大和美國等國家，則陸續通過醫療和娛樂用大麻的合法化。荷蘭為全世界第一個通過醫療用大麻合法化的國家，早在 2003 年，荷蘭政府即開放 讓持有醫師開立之處方箋的癌症、愛滋病、多發性硬化和妥瑞症患者，自行到各大藥局或是醫院購買合法的大麻；烏拉圭則在 2013 年 12 月立法通過大麻合法化，成為世界上第一個通過娛樂用大麻合法化的國家；加拿大也於 2018 年 6 月立法通過，成為全世界第一個允許私人販售娛樂用大麻的國家。一連串的大麻合法化，使得其新興產業正逐步崛起，包含種植大麻所需之農業技術、耕種和零售、產業經營之諮詢服務、研發大麻醫療用途之生技公司，相關輔助性檢測產品及服務 (如抽血檢驗或呼氣測量大麻濃度等器具)、工業用製紙、衣服及燃料、吸食大麻裝置、大麻有機農場、大麻植物之萃取物和其他衍生物等 (圖一)。然而，大麻是否該從法律上解禁，成為人人都可輕易取得的資源？筆者將從大麻本身於人體的作用、心理影響與當前的社會文化進行分析。圖一：各式大麻相關產業逐漸興起。人體就是大麻自造機早在公元前 2000 年，我們的智慧祖先在中國，便開始使用大麻作為手術時的麻醉劑，到了 19 世紀初，大麻也在 西方世界被大量用來治療神經性和精神性疾病，然而許多人聽到大麻，便直覺聯想到癮君子吸食毒品時迷駭而詭異的畫面。事實上，大麻所含的成分不僅能由外而內進行攝取，人體也會自行產生，也就是所謂的「內源性大麻素 (endocannabinoids)」。內源性大麻素主要有花生四烯酸乙醇胺 (anandamide, AEA) 和 2 - 花生四烯酸甘油酯 (2-arachidonoylglycerol, 2-AG), 其化學結構皆以細胞膜的組成成份花生四烯酸 (arachidonic acid) 為骨幹，也就是說它們是一種 「脂肪分子」。當身體對此類大麻素有所需要時，該物質才會被合成、製造出來，與體內大麻素受體作用完畢後，便被其分解酵素代謝掉。由於內源性大麻素為脂肪分子，且無法事先儲存於前突觸的囊泡 (vesicle), 故負責合成和代謝內源性大麻素的酵素嚴密地監控著這些脂肪分子的含量。這個生成、與受體結合產生作用後，緊接著被代謝的過程，形成「內源性大麻素系統 (the endocannabinoid system)」。 內源性大麻素在體內屬於極微量卻強效的訊息傳導分子，多作為神經調節素 (neuromodulator), 所以內源性大麻素系統的功能可說是包羅萬象，幾乎參與體內所有生理機能的調節及病理狀態的形成。大麻界的「歪國人」當然，多數人所熟悉的，主要還是非人體製造的大麻素，又依據其來源可以粗略分為「植物性大麻素 (phytocannabinoids)」和「化學合成性大麻素 (synthetic cannabinoids)」, 也就是非內源性的外在物質。植物性大麻素可由自然界的植物作萃取，常見如大麻酚、大麻萜酚等。1964 年以色列學者麥查蘭 (Raphael Mechoulam) 從大麻植物中分離出 Δ9 - 四氫大麻酚與大麻二酚，開啟植物性大麻的大航海時代，截至目前為止有超過 60 種的植物性大麻素被純化出來。化學合成性大麻素則如其名，是透過化學方法合成出來的物質，常見的有 CP55,940、R-(+)-WIN55212, 或用於整治術後病人噁心與嘔吐症狀的大麻隆 (nabilone), 其為 Δ9- 四氫大麻酚的合成類構物。1988 年，經美國科學家豪利特 (Allyn Howlett) 實驗發現，這些「外在物質」可於人腦中進行與受體結合之反應，立下首度證實人腦中存在著大麻素受體的研究里程碑，而當時所用的實驗物質就是化學合成性大麻素 CP-55,940。訊息接受者：與大麻素結合的部位不只一種前面提到，內源性大麻素系統中包含關鍵的大麻素受體，而受體又分為第一型與第二型。第一型大麻素受體 (cannabinoid receptor type 1, CB1) 主要位於中樞與週邊神經系統，也包含許多器官和組織，為目前已知在大腦含量最多、分佈最廣的 G 蛋白偶聯受體 (Gprotein-coupled receptors, GPCRs), 此受體的特別之處在於，除作單純的細胞訊號傳導外，還能活化一系列下游的訊號通路。第二型大麻素受體 (cannabinoid receptor type 2, CB2) 則主要位於免疫系統的組織，如脾臟、扁桃腺、免疫細胞、單核白血球 (monocytes) 及皮膚的角質細胞 (keratinocytes)。所以，吸食大麻所產生的心理影響，還是以第一型大麻素受體為主，其可能導致精神狀態和認知功能上的變化；而免疫的保護或週邊的止痛 (不具有中樞神經作用或副作用) 者，則透過活化第二型大麻素受體達成。初步認識大麻素的家族及其受體後，緊接著要來看看「癮」是如何發生。大麻之所以令人著迷，主要為其具備心理活性 (psychoactive), 會強烈影響人們的精神狀態及對周遭的感官知覺，甚至影響注意力、認知能力和學習歷程，引發欣快感甚至使人成癮；然在另一方面，大麻也有止痛、止吐、增進食慾和降低眼壓等功效，因此有人稱大麻為「情緒的灌木，思想的佳餚 (the shrub of emotion, the morsel of thought)」。大麻有多令人「欲罷不能」? 在藥物成癮的研究中，欲了解某種藥物對生物行為的酬賞或強化效果 (the rewarding or reinforcing effect), 以預測該藥物是否有濫用之可能，最直接有效的策略便是在動物模式上建立「藥物自我注射行為 (drug selfadministration)」, 這是一種工具性操作制約學習，個體將自身行為作為手段影響其行為的後果，每當動物按壓正確的壓桿，其頸靜脈會被注射具酬賞性的藥物，此動物行為模式幾乎完全模擬了人類主動的求藥行為。另一個常用的動物模式為藥物所引發的「場地制約偏好 (conditioned place preference, CPP)」, 為一種古典條件制約學習，通常個體被施予藥物後，立即將其關在黑或白的其中一個箱子長達 30 分鐘，另一個箱子則僅與溶解該藥物之無效溶劑做配對，此時動物會將藥物所產生的欣快感與該藥物配對箱子的環境線索做連結。經過重複數次的配對學習後，再讓該動物自由選擇，此時其多會選擇長時間待在曾經與藥物配對的箱子，動物對該藥物配對箱子所產生的場地制約偏好，往往代表對藥物所產生的的強烈動機、情緒和記憶，因此場地制約偏好的實驗常被用來探討藥物本身、環境相關線索或壓力等因素，是否影響個體對該藥物的動機、情緒和記憶，進而預測上述因素造成藥物濫用復發的可能性。儘管在人類身上濫用大麻的情形非常普遍，然而，早期嘗試研究猴子或老鼠對內源性或化學合成性大麻素的自我注射行為卻屢遭挫敗，直到 2000 年科學家才在特殊的情況下，於猴子身上成功建立四氫大麻酚之藥物自我注射。不過，無論內源性或化學合成性大麻素，都不像其他毒品如古柯鹼、安非他命或嗎啡等，在場地制約偏好實驗上輕易建立偏好感，反而多產生嫌惡反應 (conditioned place aversion, CPA), 四氫大麻酚僅在極有限劑量範圍內和極少數實驗情況下，才可順利建立場地制約偏好，這是從神經生物學的觀點來看，大麻和其他毒品最大的差異。從毒品管制等級看大麻近 10 年臺灣青少年最熱門的非法藥濫用為 K 他命和搖頭丸，但美國青少年最熱門濫用藥物為大麻，約佔 16~18%, 比第二名的心理治療類藥物濫用 (5%) 高出 3 倍之多。這些差異為國情與政策使然，大麻在臺灣屬於第二級管制藥品，儘管美國聯邦政府列為第一級管制藥品，但其成癮性、濫用性和對社會危害性似乎較其他第一級管制藥品 (海洛因、嗎啡、鴉片和古柯鹼等) 來得低。根據期刊《科學報告》(Scientific Reports) 2015 年的研究顯示，酒精致命程度比大麻高出百倍，單就人體吸收程度來說，酒精為最傷身的物質，接著是海洛因、古柯鹼、菸草、搖頭丸、甲基安非他命，最後才是大麻。該團隊還發現，大麻不僅致命率最低，且「致命量」和「一般用量」之間的差距相當大，反觀該研究中的其它物質皆為中、高度致命藥物，因此大麻長期被西方社會視為最安全的娛樂性藥物。顯然關於大麻的研究結果和現今大多執法單位的決策背道而馳，可能肇因於美國聯邦政府自 1937 年所實施的「大麻稅賦條款 (The Marijuana Tax Act)」以及 1970 年將大麻及其相關製品列為第一級管制藥品，儘管當年這一系列的政府禁令違反當年大麻確有療效的科學根據，且歷史學家們現在普遍認為，當年美國政府和媒體批大麻是假，反移民才是真，但是這些禁令仍導致科學家很難合法取得研究用的大麻，造成了解大麻功用或危害的科學研究相對較晚且知識不足，人們對大麻的看法分成極端的兩群，許多西方青少年甚至部分成年人認為吸食大麻對健康無虞，導致毫無節制的濫用；東方社會大眾則對吸食大麻的毒癮後果產生嚴重誤解並感到害怕，因此無法理性面對大麻的醫療用途。藥物成癮的機制非常複雜，同時牽涉個體基因和環境的交互作用。根據功能性磁振造影 (functional magnetic resonance imaging, fMRI) 研究顯示，吸食大麻會導致大腦掌管情緒的部位之血流量 (即活動量) 增加，同時卻降低與聽覺注意力有關的腦區活動量。此外，長期使用大麻仍會產生耐藥性，導致吸食者逐步增加大麻用量，唯其戒斷症狀不若其他毒品明顯，僅有輕微的緊張、神經緊繃、坐立不安、胃痛和失眠等症狀。上癮的同時，情緒調節早已脫序雖在致命性與成癮上略輸其他毒品一籌，但長期使用大麻仍會造成情緒方面的影響。短暫服用四氫大麻酚會刺激中腦皮質邊緣的多巴胺酬賞系統 (dopamine rewarding system) 促進多巴胺的釋放，使人產生興奮與歡快的感覺；但若長期使用，該酬賞系統易鈍化，進而導致中腦、紋狀體和前額葉皮質的第二型多巴胺受體數目大量增加，暗示多巴胺釋放量不足。期刊《分子精神病學》(Molecular Psychiatry) 2017 年的研究發現，大麻成癮者在口服原本會導致腦內多巴胺超出正常值的安非他命後，其紋狀體釋放的多巴胺仍較正常人口服安非他命後來得少，顯示長期大麻成癮將可能造成大腦內多巴胺釋放量不足。另外，大麻成癮將可能改變神經可塑性 (neural plasticity)。長期使用大麻，會導致大腦不同區域第一型大麻素受體之密度和活動量增加，人類功能性磁振造影研究也發現，長期使用大麻的男性青少年，其右側的杏仁核和前額葉皮質體積都縮小。所以，無論從多巴胺酬賞或神經可塑性的角度來看，皆暗示著長期吸食大麻將影響人們的情緒調節和認知功能。綜上所述，大麻之所以成為歐美最熱門的濫用藥物，乃因當地年輕人普遍認為大麻既安全、不易過量致死也不易成癮，只要一點點就可以超嗨。他們認為，菸酒明明比大麻更容易上癮，為何沒被政府勒令禁止呢？其實這只是歐美青少年對於大麻的主要迷思，大麻的危險性不只在於其藥物本身，該物質的使用往往也成了年輕人通往濫用其他更危險藥物之門，也就是大麻作為其他毒品的「敲門磚理論 (the gateway drug hypothesis)」。因此，這樣一個敲門磚理論，往往是以流行病學研究的視角來描繪藥物使用的自然進程，不能完整呈現大麻與物濫用之間的因果關係 (causality)。舉例來說，有研究發現，高達 40% 的大麻定期使用者在往後的物質濫用史裡，並不會接著使用海洛因或古柯鹼，因此儘管吸食大麻往往早於其他毒品，但它似乎不是導致其他藥物濫用的原因，敲門磚理論在此受到挑戰。而近幾十年來逐漸累積的許多動物研究證據指出，個體在哪一個發展時期接觸到藥物非常重要。相較於成年階段才開始使用藥物的個體，一個人若從青少年時期就開始接觸某藥物，則大麻作為敲門磚、影響日後對他種藥物濫用的可能性也會大幅提昇。另外，藥物間存在的專一性 (drugdrug specificity), 也能用來解釋這個現象，如發展早期飲酒往往導致成年後酒精的濫用，但若是青春期就開始吸食尼古丁，則僅造成日後濫用古柯鹼或安非他命等心理刺激劑的機率升高，不影響對酒精的濫用；青少年時期吸食大麻，則僅會增加成年後對嗎啡和海洛因等類鴉片藥物的使用，而不影響心理刺激劑的濫用。這種不同藥物間的交互作用，除了因個體性別、遺傳背景和其他環境因素產生差異，還受到藥物對個體神經發展歷程之影響。大麻，也可以是優秀的醫療替代品由敲門磚理論可知，大麻與類鴉片藥物間有一條相當曖昧的界線，兩者在醫療用途上，又呈現什麼樣的關係？美國 1 年內開出超過 2 億個類鴉片止痛藥之處方箋，如嗎啡、海洛因、羥考酮 (oxycodone) 以及芬太尼 (fentanyl) 等，往往導致類鴉片藥物成癮和過量致死的意外。據美國官方數字統計，近 250 萬美國人被診斷為類鴉片藥物使用疾患 (opioid use disorder, OUD), 而 2016 年美國因藥物過量致死的 6 萬 3 千多人次中，就有至少 2 ∕ 3 的案例與類鴉片藥物氾濫 (the opioid epidemic) 有關。直到 2017 年 10 月 26 日，因為類鴉片止痛藥死亡的人數已遠超過槍械殺人和車禍致死之總和，美國總統川普才正式宣佈該國進入「公共衛生緊急狀態 (a U.S. public health emergency)」, 不斷攀升的類鴉片藥物致死率，可說為醫療用大麻合法化開啟了一扇大門。雖然吸食大麻恐致成癮，並可能引發精神與生理上的損害，不過其獨特的效能，也成就部分的醫療價值。目前已知，大麻與嗎啡相比，治療疼痛的效果更好也更持久，縱使仍有成癮和耐藥性，但仍比嗎啡低；若用於癌末化療，還能抑制其所引發的噁心和嘔吐症狀，這正巧就是使用嗎啡的副作用。再者，吸食大麻所引起的飢餓感，對因食慾不振導致暴瘦的愛滋病和化療病人來說，也能恢復體重和體力，注射嗎啡反而常會導致食慾不佳；相反地，抑制第一型大麻素受體則可抑制食慾，治療肥胖。最後，也是最重要的一點：嗎啡類止痛劑過量致死的意外頻傳，而大麻幾乎不會導致過量致死，且長期使用大麻對於肝臟、腎臟和心血管系統的副作用也較其他藥物來的少，故大麻相當適合用來做為長期治療的藥方選擇。以毒「減」毒──大麻還可以這樣用近期的研究顯示，植物性大麻素中的大麻二酚，似乎可以有效降低上癮和物質使用疾患 (substance use disorder) 相關行為，對治療類鴉片藥物使用疾患尤其有用。大麻二酚有幾個優勢，因本身不具備酬賞的性質，使用上也幾乎不會導致過量致死，即便和類鴉片藥物一起使用，也仍保有自身的安全性且鮮少引發嚴重的有害效果。大麻二酚無論在體外的實驗系統、動物實驗和人體試驗上都少有副作用與毒性，高度安全性使得大麻二酚也被用於治療兒童癲癇的臨床測試上。值得一提的是，美國食品藥物管理局剛剛於今 (2018) 年 6 月 26 日正式核准用大麻二酚口服液 (Epidiolex) 來治療 2 種罕見且嚴重的癲癇疾病，此乃首款獲美國食品藥物管理局批准上市含有植物大麻提取物的新藥。此外，大麻二酚在降低焦慮上有非常顯著的療效。壓力和焦慮往往引發藥物成癮者強烈的心理渴求並導致復發，但動物研究顯示，大麻二酚的使用可直接降低個體對海洛因的尋求行為，且先前因使用海洛因造成紋狀體內第一型大麻素受體及「麩胺酸受體」的損害也得以被修復；人類臨床試驗亦指出，大麻二酚能有效降低海洛因成癮者被藥物相關線索所引發的心理渴求和焦慮。儘管初步結果尚不足以確定大麻二酚的療效，但其無疑為日後證明大麻二酚可有效遏止類鴉片藥物使用疾患奠定重要的基礎。以大麻二酚治療類鴉片藥物濫用之所以極具潛力，主要是「內源性大麻素系統」和「內源性鴉片系統」有非常密切的交互作用，2 個系統共同表現在和成癮有關的腦區及神經迴路上。第一型大麻素受體基因缺損的小鼠，其鴉片自我注射的行為也會跟著減少；我們體內的內源性嗎啡會調節內源性大麻素的釋放，反之亦然。關於大麻的未來，抱歉我仍然擔心⋯⋯大麻的成癮性和耐藥性雖較其他毒品來得低，但筆者必須強調，定期使用大麻 (尤其從青少年時期開始), 除可能成為將來使用類鴉片藥物之敲門磚外，更有可能導致成癮，並損害心理動作、記憶及高等認知如計畫未來、決策判斷和概念形成等能力，使個體教育程度降低並有較低的生活滿意度和成就。青少年即開始吸食大麻的重度使用者比起未吸食者，未來罹患思覺失調症 (schizophrenia) 的風險也整整高出 2 倍。大麻成癮通常是長期重度使用所導致的，一般大麻使用者終其一生中發展出對大麻依賴的風險約為 9%, 但是如果從青少年時期就開始使用大麻，則此風險將提高近 2 倍，因此儘管醫療和娛樂用大麻在美國、加拿大及歐洲國家正逐漸合法化，政府當局仍應嚴格禁止未成年者吸食大麻。最後，儘管諸多實證研究 (empirical research) 指出，醫療用大麻合法化對臺灣社會大眾應該是利大於弊，但是筆者認為，娛樂用大麻應晚於醫療用大麻的合法化，因為大麻的功能及其副作用仍迫切需要嚴謹的科學研究加以證實。儘管美國目前已有 30 個州外加華盛頓哥倫比亞特區通過醫療用大麻合法，但是這一整個合法化的過程幾乎將科學和醫藥界人士摒除在外，這是美國史上第一個由社會大眾和政客主導該植物或藥物醫療合法化的案例，因此筆者在此呼籲，臺灣政府與社會大眾應該以更審慎嚴謹的態度來檢視醫療和娛樂用大麻合法化的議題，以期在大麻效用最大化的同時，降低其危害與風險。延伸閱讀 1. B. Barcott & M. Scherer, The great pot experiment, Time magazine, 39-45, May 25, 2015.2. M. L. Miller & Y. L. Hurd, Testing the gateway hypothesis, Neuropsychopharmacology, Vol. 42: 985-986, 2017.3. Y. L. Hurd, Cannabidiol: Swinging the marijuana pendulum from `weed' to medication to treat the opioid epidemic, Trends in Neurosciences, Vol. 40: 124-127, 2017. | science |
塗料科學裡的堅韌因子 | 地球上有許多以碳為主要元素所形成的同素異形體，這些同素異形體都可透過「石墨烯 (graphene)」層層堆疊、剪切並加以組成，如零維的碳六十 (C60)、一維的奈米碳管、 二維的石墨烯及三維的石墨等，而這些同素異形體也已經在實驗與理論上被廣泛的研究。 然而，除了學術研究外，石墨烯的真實應用端範圍非常廣泛，從電子產品到生物醫學，甚 至航太裝置都可以用石墨烯當作原料。其中，最常拿來應用的領域為電子設備方面，尤其 適用於訊號頻率較高的高頻電路，舉凡電腦、手機和穿戴裝置等都屬此類範疇。早在 1974 年，理論學家瓦拉斯 (P.R.Wallace) 就曾利 用緊束模型 (tight-binding model) 研究石墨烯的電子 特性。石墨烯是一種由碳原子以六角形成蜂巢晶格 (honeycomb crystal lattice) 排列構成的單層二維晶體 平面結構，這種結構過去一直被認為是無法單獨穩定地存在的「假性結構」。直到 2004 年，英國曼特斯大學物理學家海姆 (Andre Geim) 和諾沃肖洛夫 (Konsantin Novoselov) 在實驗室 中使用十分簡單的工具──透明膠帶和高純度石墨，利用力學剝離的方式把石墨分離成小碎片，並從碎片中剝離出較薄的石墨薄片，然後用膠帶黏住薄片兩側、撕開膠帶，薄片就隨之一分為二，不斷重複這個過程後便得到單層碳原子的石墨烯，進而證實其可單獨穩定存在，同時該實驗也讓兩位科學家共同獲得 2010 年諾貝爾獎。至此，除了揭開石墨烯這項新奇材料的神秘面紗，大眾也開始全心全意地投入在石墨烯的應用研究上。為何石墨烯這麼特別？這是因為石墨烯穩定的晶格結構，使石墨烯具有優秀的導電性。而良好的導電性是因為石墨烯的電子在軌道中移動時，不會因為外來原子或是結構缺陷發生散射，又因為原子之間的作用力非常強非常穩定，所以在常溫下，即便受到外在碰撞或是破壞，石墨烯中的電子也不會有太大的變動。在導熱性質方面，因為石墨烯的碳原子是六角形晶格整齊排列 (類似蜜蜂的峰窩), 所以結構非常穩定，確切的導熱係數為 5300W∕(m.k), 比銅大 10 倍，比鋁大 25 倍，也高於奈米碳管，是相當不錯的導熱材料。在機械性質方面，有人可能覺得鑽石很硬，然令人意想不到的是石墨烯竟比鑽石還硬，硬度甚至比鋼鐵還高 100 倍，也可以承受相當大的拉伸強度 (高達 130 千兆帕)。石墨烯除了特別堅固，質量也非常輕，每平方米只有 0.77 毫克。此外，石墨烯還具有良好的韌性，因各個碳原子間的鏈結作用，當施加外部機械力時，碳原子之間結構就會改變，因此不需要重新排列來適應外力，也就保持了結構的穩定，使其能夠在遭受應力後保持其原有尺寸。然而，這些厲害的機械特性僅為「不含任何缺陷」的石墨烯理論預測，大家目前都希望做出這完美的石墨烯，這也衍生出多種生產石墨烯的方法，在文章的最後，我將會介紹幾個常見合成石墨烯的方法。在現今科技中，塗料的應用非常廣泛，其中防腐塗料為扮演非常重要的角色之一。因為在傳統工廠或是科技業中金屬設施的耗損跟腐蝕都會默默地增加生產成本，甚至必須定期檢查維修，這不僅會拖慢生產速率還會增加生產成本，所以大家會在設備外殼塗佈上防腐塗料。不過，具有防腐又能導電導熱的塗料卻不常見，直到石墨烯的出現改變了這一切。由於科學家發現石墨烯具有良好的導熱、導電、機械強度及片狀結構，故嘗試把石墨烯應用在塗料中，增加塗料各種性能，可以讓金屬設備與外界環境有良好的隔層。也因為這初衷，石墨烯塗料逐漸受大家重視，也紛紛研發「石墨烯導熱散熱塗料」和「石墨烯重防腐塗料」等塗料應用在不同需求的設備上，也確實解決的許多導熱度不夠或是耐腐蝕等難題。......【更多內容請閱讀科學月刊第 584 期】 | science |
從古今歷史中認識大麻 | 通常大家一聽到大麻 (Cannabis Sativa) 就覺得是毒品，吸食大麻會對身體產生危害等......, 而且如主演《那些年，我們一起追的女孩》(You're The Apple Of My Eye) 的柯震東與其好友房祖名等影星在吸食大麻事件發生後，使自己的事業與人生都變黑白。大麻，真的如此百無一是、一無是處嗎？其實，天生萬物取之為善即為善，取之為惡即為惡。為什麼呢？相信大家對唐代詩人孟郊的〈遊子吟〉並不陌生，「慈母手中線，遊子身上衣。臨行密密縫，意恐遲遲歸。誰言寸草心，抱得三春暉。」對於詩中描述遊子心情都有很深的感觸，也讓我們瞭解母親的偉大。但是，大家知道「慈母手中線」的線，其實就是大麻纖維嗎？現在，就讓我們來深入了解這個讓人又愛又恨的植物，期望透過這篇文章讓讀者知道如何正確辨別大麻，並將大麻的好處發陽光大。大麻，是大麻科大麻屬植物，古代稱作麻或漢麻，纖維可用來織布，而在醫療上則常被用於止痛。大麻喜歡生長在溫帶或熱帶氣候的地區，如印度、北非和墨西哥等地。外觀方面，莖筆直、呈綠色四角形，且表面有縱向淺溝及細毛；葉具長柄、對生，為鋸齒緣的深裂掌狀複葉。在郊外，有一種很容易被誤認為是大麻的植物──大戟科 (Euphorbiaceae) 的細裂葉珊瑚油桐 (Jatropha multifida Linn.), 與之相比大麻葉的葉緣鋸齒較粗，葉片較薄，大家在野外時可別搞錯了。此外，大麻是一朵花只有雄蕊或雌蕊的單性花，且雌雄異株。那要如何分辨呢？雄花呈圓錐狀、花序頂生而雌花則呈短穗狀、淡黃綠色；而大麻種子則呈長尖形，長約 4~5 公厘，未成熟時呈淡棕色、成熟後轉為深棕色。有趣的是大麻的雄花頭部位若用手搓揉則會有薄荷的香味；雌株則較細而高，成熟時花粉播至雌花上，隨後停止生長，花變黃。在開花結果之前，花軸上會生長出露珠狀毛體，如果用手指壓則會膠黏成塊，有強烈臭味。同時開花的雄株與雌株，則經由昆蟲幫助授粉或人工授粉來結果，產出大麻種子。順帶一題，讀者若想試試以毛筆沾花粉刷在雌花上的人工授粉，則可拿同樣是大麻科的臺灣原生種植物葎草 (Humulus japonicus) 來體驗當個植物醫生。大麻的品種非常多，纖維含量高的品種，其植物纖維就被用來作為製紙、紡織、食品與生質燃料用等，因此被歸類為工業用大麻 (hemp)。另外，大麻全株均有大麻酚 (cannabinol, CBN)、大麻二酚 (cannabidiol, CBD) 等有用成份，甚至有些品種的雌花與毛狀體還含有像是高濃度的四氫大麻酚 (tetrahydrocannabinol, THC), 常被用來提取其有用的成份 (目前已知超過 423 種化合物) 用於醫療，因此被歸類為藥用大麻 (cannabis, marijuana)。 接下來，就讓我們細說從頭，介紹大麻的歷史與其應用。大麻整棵植物可被分為 2 類應用，第一類就是纖維。大麻的纖維是一種非常良好的生物質能。第二類則是大麻的次級代謝產物，大麻的次級代謝產物有很多，像我們常聽到的大麻毒品就是其中的一種物質，但是不代表大麻是不好的東西，因為在醫學上大麻的應用也很多，像是可以幫助癌症、精神病患者的治療等。圖一：大麻植株。(Wikimedia) 一、纖維大麻纖維最早在 6000 多年前就開始被提及，當時的中國人大量種植大麻，由於大麻生長快速，每公頃能收 成 25 公噸的大麻植株，是一種生長快速的生物質能，且整棵植均可利用，例如大麻子的食用、榨油及大麻纖維製品。圖二：大麻葉具長柄、對生，為鋸齒緣的深裂掌狀複葉。(Wikimedia) 在當時，大麻纖維最常被用來製作成麻繩、捕魚網和平民的衣物，因為絲織品是只有貴族才穿得起的。另外，由於大麻生長速度快、條件低、用途廣和纖維韌性強等優點，所以，隨著各國貿易的盛行，越來越多國家種植大麻並使用大麻纖維。圖三：大麻雌花 (左)、大麻雄花 (右)。(Wikimedia) 而在中世紀後，由於當時的歐洲國家航海技術大幅進步，各國都希望可以在新大陸、非洲等地方賺錢，因此頻繁出航，便需要大量的麻繩用以出海揚帆用，大麻遂成為所謂的戰略物資。據書中記載，當時由於各國出航太過頻繁，曾一度造成大麻的短缺，因此，各國國王和貴族紛紛鼓勵領地 中的農民種植大麻。然而 19 世紀時，大麻纖維受到便宜的化學纖維和毒品大麻的衝擊，而退出歷史的舞台，直到百年後因為科學的進步，許多學者開始研究大麻，並發現大麻有許多優點，才重新被人們重視。現今，人們從研究中發現大麻具有棉織物的柔軟特性，還具有天然的抗菌、抗紫外線的功效，所以廣泛使用大麻纖維在服飾、帽子和襪子等，也因為有抗紫外線的功效，因此也常被使用在抗曬衣物和太陽傘上。圖四：大麻種子與大麻油。(Shutterstock) 二、醫療早在西元前，其實就已經有人們吸食大麻的歷史記錄，例如中國的神農本草經、本草綱目都有記載，其中最著名的是古代印度吸食大麻，以印度教的濕婆信眾最為崇拜，苦行僧會透過吸食大麻跟神進行溝通，且當時的醫生會用大麻當作藥方來治療瘧疾等疾病。圖五：工業大麻產品，包含茶、油、繩子和蛋白粉。(Shutterstock) 而現今，透過研究人們已知吸食大麻造成的影響可分為精神上和生理上的分別，生理上會有增加食慾、心跳速率和血壓降低等症狀；精神上則有情緒失常、思維異常等症狀，而身體上的種種改變，全是因為大麻內生代謝產物所造成的影響。大麻內生代謝產物主要是 3 種大麻酚類，分別是大麻二酚、四氫大麻酚和大麻酚，其生合成路徑是由大麻二酚轉變為四氫大麻酚，最後再轉變為大麻酚。圖六：大麻與大麻布。(Shutterstock) 其中，四氫大麻酚的功能非常複雜，它可以作為止疼劑使用，又可和中樞神經結合，增加多巴胺的分泌，使人感到強烈的歡樂感。神奇的是，四氫大麻酚也能增加服用者的食慾，只要少劑量的吸食，與其他毒品不一樣的是不會有成癮性和麻煩的副作用，因此，在醫學上會使用藥用大麻來改善癌症和愛滋病患者的疼痛感和食慾。另外，若讓失眠或躁鬱症患者吸食，也可改善其症狀。大麻二酚則有抗精神病的功效，且可以改善四氫大麻酚的成癮性，使因治療疾病而吸食大麻的患者不容易成癮，而且大麻二酚也能減緩部分精神分裂症的症狀。所以，在藥用大麻合法的國家中，精神科醫師常使用低劑量來治療病患。不僅如此，大麻也可以用於治療癲癇，像是難治型癲癇。由於許多抗癲癇藥不是因療效不高，就是副作用太強烈，但藥用型的大麻噴入劑不但副作用輕微也能讓病症得到控制。圖七：以研究、醫療為用途的藥用大麻。(Shutterstock) 三、毒品毒品，又稱為娛樂性藥物，是以會對中樞神經系統造成不同方面影響來區分的，主要可以分成 4 種類型：鎮靜劑、興奮劑、致幻劑和大麻，但是，因為大麻的醫藥效果，讓大麻是否被歸類在毒品上仍然有很大的爭議。第一類為鎮靜劑，用來抑制中樞神經系統而產生愉悅感，最常見又合法的鎮靜劑為酒精，而不合法的為鴉片、海洛英等。第二類為興奮劑，用來刺激中樞神經系統產生愉悅感，常見的為尼古丁和咖啡因，不合法的則是搖頭丸和安非他命。這兩類毒品影響的都是人的情緒。而第三類毒品致幻劑，則是直接讓人產生幻覺，影響人的思想，常聽到的有裸頭草鹼，也就是毒蘑菇。而大麻被單獨分在第四類，原因為在大麻當中，其成分對中樞神經造成的影響甚鉅，有的成分會抑制中樞神經，而有些成分卻會活化或造成致幻的效果，可以說大麻涵蓋前三種的毒品的分類，但是副作用和成癮性卻沒有前三種毒品嚴重。此外，由於藥用價值高，這也是為什麼大麻被歸類為毒品上仍有爭議的原因。吸食大麻會影響中樞神經，也有產生精神疾病的風險，對於心智年齡不成熟的青少年而言更嚴重，但是抽菸、喝酒一樣會對青少年的中樞神經造成傷害，所以在醫學界來說大麻仍存在著爭議。在公元前 3000 年前人類已開始吸食大麻作為娛樂與醫療用途，但直至今日大麻的全面合法化國家只有加拿大和烏拉圭。雖然大麻是個極具爭議性的植物，但還是有不少相關應用，像是大麻纖維有優異的吸濕排汗性能、天然的抗菌性能、良好的舒適性能及抗紫外線性能，能被廣泛應用於服裝、家紡、帽子、鞋材和襪子等方面；而在醫學上則可以用來作為止疼藥、促進患者食慾、減緩化療病患產生噁心、嘔吐和肌肉痙攣等，更能夠針對精神分裂症、失眠及躁鬱症等疾病進行治療。但是，在缺點方面，則有利用四氫大麻酚的成癮性，因而使之成為違法的毒品。因此，現今仍多數國家禁止種植大麻或讓大麻合法化，就是怕其變成所謂的合法毒品而遭濫用。 | science |
極境之光- 追尋歐若拉的形色迷蹤 | 西元 1619 年，科學家伽利略 (Galileo Galilei) 誤將這充滿希望的美麗光芒理解為由大氣層反 射的太陽光，意外賦予極光 (aurora) 這饒富傳奇的名字。極光因觀察者及高能電子所在的位 置不同，會產生不同的反應與視覺成像，使得極光的魅影一直以來都帶著相當神秘的色彩...... 從亞熱帶的臺灣到寒帶的阿拉斯加，除了期望看到滿滿的白雪，還希望能見到極光的廬山真面目。我的研究領域是激震波 (shock wave), 過去對於極光的認識也僅限於課 堂上的簡單描述，即使在網路才開始起步的 80 年代，我這個來自臺灣的研究生，可是連一張極光的照片也沒見過，更不用說是極光的影片。初到阿拉斯加正逢當地夏天，就讀的學校雖位在北極圈外，但是這裡的晚上從未完全天黑，有的只是 2~3 小時 的晚霞接朝霞。學校開學後，正式步入金黃色的秋天，到了午夜走回宿舍時，常常看到一條形寬、呈白綠色、像雲一般的極光掛在天上飄啊飄。同期的研究生，差不多都跟我一樣，對極光不過一知半解，只有一位日本同學在日本時就學過極光，此程來阿拉斯加就是要研究極光，故他每天都在預報極光，還把他的預報單貼在研究室門上。另一位美國同學瑪莎也準備研究極光，但是她跟我一樣對極光完全沒概念，某天她跟我分享她的心得:「我覺得極光可能就是一種雲。」聽了之後覺得跟我的觀察很像，於是找機會請教指導教授。我告訴指導教授說，瑪莎認為極光可能只是一種雲。然而他頭也不抬的只回我一句:「她亂講。」我不敢多問，只好去圖書館查一查，為什麼科學家會認為極光不是雲。原來，古時候的科學家也曾懷疑極光只是一種雲，直到近代原子科學的發展，科學家透過光譜分析，才確認極光不是反射太陽光的雲，因為太陽光的光譜是「連續光譜 (continuous spectrum)」, 但是極光的光譜卻是因電 子躍遷所造成的明線光譜 (bright line spectrum), 所以無論如何它都不會是一朵雲。光譜分析實在很厲害，它不只能判斷食品中是否有違規的添加物，還可以為「極光不是雲」提供強而有力的證據。另外還有一些理由，也能為極光不是雲的事實進行佐證。根據三角測量法 (triangulation) 的測量結果，極光底部高度約 100 公里，遠比一般雲層的雲頂 (10~15 公里) 高許多，也比極區夏天偶爾出現的夜光雲 (noctilucent cloud, 70~90 公里) 高一點；再者，極光活動是由電磁力 (electromagnetic force) 操控，而雲的活動則是靠著壓力梯度力來推動，因此極光的變化遠快於雲，只是當時我還沒有機會目睹快速運動的極光，所以無法有所體會。開學後 1 個月，很幸運地看到難得一見的極光，我還記得 那是在 9 月底的一個夜晚，萬里無雲的南邊天空在大約 9 點多的時候，開始出現一道道橫跨東西天際的極光。這些極光的顏色不是平常看到的白綠色，而是非常明亮、略帶粉紅的藍白色，其寬度也比平常看到的白綠色極光窄上許多。而其中最亮的區域，不時盤旋飛舞又舒展開來，並分別向東西天際飛竄，這些極光弧由南方天際緩慢地北移，最後消失在北方天際。......【更多內容請閱讀科學月刊第 585 期】 | science |
海洋酸化從頭說起- 一起來算海洋的酸化程度 | 炎炎夏日，不少人喜歡喝汽水，打開瓶蓋以後「嘶」的一聲，本來看不見的氣體就從水中 冒了出來。多數的汽水都屬於碳酸飲料，今天，就從這些碳酸飲料來談海洋酸化。透過汽水可以輕易地理解氣體能溶解於水，包含二氧化碳 (carbon dioxide, CO2) 在內，其溶於水後就會形成碳酸 (carbonic acid, H2CO3)。把汽水瓶假想成地球，瓶中的氣體就是大氣，而水就是海洋，究竟二氧化碳在海洋與大氣之間如何影響我們的環境呢？本文將深入淺出 地介紹海洋酸化 (ocean acidification) 的根本原因，並介紹幾種特定海域 (如湧升流、 優養化等地區) 對海洋酸化造成的影響。我們每天呼吸的空氣中，二氧化碳所占總大氣壓力比例 (即二氧化碳分壓) 正逐漸上升，而這樣緩慢的變化卻能夠 造成全球性的影響。根據美國海洋與大氣總署 (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) 在夏威夷的大氣二氧化碳分壓量測結果指出，過去 60 年 來該分壓量已上升超過 90 百萬分濃度 (ppm), 平均每 年上升 1.5 ppm, 但其實增加的速度是越來越快，光是在 2016 這一年就增加了 3 ppm。此外，政府間氣候變化 專門委員會 (The Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 也提出報告，人類每年燃燒石化燃料，導致過量的二氧化碳被排放到大氣中，而砍伐森林又會減少大氣中的二氧化碳被吸收。由於海水中的二氧化碳分壓較大氣中的低，透過氣體由高壓往低壓移動的特性，大氣中的二氧化碳會向海水中傳送，也讓海洋有了吸收大氣二氧化碳的能力。以專業的角 度來說，目前全球大洋是大氣二氧化碳的「匯 (sink)」, 也就是「儲庫」的概念。即使現代海洋能吸收大氣中約 30% 的二氧化碳，然隨著大氣中過多的二氧化碳持續升高 且未出現緩和跡象，致使海洋出現了另一個值得關注的現象 —— 海洋酸化。溶進海水的不是二氧化碳氣體嗎，怎麼會跟酸化有關係呢？其實，酸化就是海水中氫離子濃度增加的現象，二氧 化碳氣體溶於水後會有 2 階段的化學反應：碳酸溶於水及碳酸氫根溶於水，兩者都可導致水中氫離子濃度增加 (圖一)。一般講到氫離子濃度，就會順帶提到酸鹼度 (pH =-log [H+]), 其為氫離子取對數，由於還是負值，故加 上負號後成為正值比較容易理解。據悉，目前全球海水 的 pH 值約為 8.1, 在過去 200 年來已經降低了 0.1 個單 位；由於 pH 本身並非以十進位作計算，而是一個對數的 函數，因此這 0.1 個 pH 單位換算成氫離子濃度，其實已 經有 30% 的改變。過去，因電腦科技尚不發達，若要透過定量了解碳酸溶於水後的酸化程度其實有點困難，因為這中間的化學反應稍微複雜 (牽涉到 2 個溶解常數), 而且還是一個動態的計算過程。......【更多內容請閱讀科學月刊第 585 期】 | science |
「沃爾巴氏」防線- 新型態的登革熱作戰策略 | 臺灣雖然位處亞熱帶與熱帶氣候交界處，但四季氣候變化還算分明，冷熱有別，讓許多會隨著特定氣候條件而散播的傳染病原，有明顯適應上的問題。因此，傳染病常常來得快、去得也快，也較難在臺灣久留、成為本土性常駐的傳染疾病。不過，2014~2015 年間，沉寂多年沒有大規模流行的登革熱傳染病突然在臺灣再度爆發，由原本數百人感染的 規模，一路飆升至 15000 多人。2015~2016 年間，本土型病例更衝高到 43000 多人，造成 200 多人因為出血性 登革熱症狀而死亡，光以死亡人數來看，已經遠遠超過 2003 年令人聞之色變的嚴重急性呼吸道症候群 (severe acute respiratory syndrome, SARS) 疫情。這 2 波登革熱疫情大爆發，重創臺灣人民的經濟與生活，也引起國人高度重視，各種的防疫工作與努力持續展開，雖然在接下來的 1 年多登革熱疫情隨即被穩定控制，但如何更有效而全面性的防患未然，也使防疫專家試圖做更多方面的嘗試與準備。登革熱是靠病毒傳播，如果有人遭到感染，其血液中會帶有登革熱的病毒顆粒，若此時埃及斑蚊 (Aedes aegypti) 或白線斑蚊 (Aedes albopictus) 吸吮患者血液後，病毒顆粒會在蚊體內擴增，當蚊子叮咬健康的人時，病毒便會傳播出去。若此人對於這類病毒的抵抗能力不足，病毒顆粒就會在體內擴增，不但影響到自己的健康，也會讓自身變成感染源。就這樣透過蚊子的覓食行為，一傳十、十傳百，因此，若沒能有效阻隔傳播的途徑，感染人數到達一定規模時，登革熱疫情就會爆發。所有流行病的防治，「正本溯源」是最有效的不二法則。對登革熱而言，增加人們抵抗登革熱病毒能力的「正本」工作，跟減少病媒蚊數目的「溯源」努力，是最直接有效的方法。可惜登革熱疫苗的開發與嘗試工作雖未曾鬆懈，然而截至目前為止尚未取得非常好的成果，所以減少病媒蚊數目，便成為目前最常使用的策略。這些年來，在衛生醫療機關的協助下，許多民眾已經建立起良好的衛生觀念，對於居家環境整潔的維持、積水容器的清理，已經有非常顯著的改善，加上防疫單位重點的消毒與清潔工作，在多管齊下的努力之下，已讓病媒蚊數目獲得良好的控制。不過，即使再怎麼努力，環境中仍然不乏病媒蚊孳生的漏洞，只要有幾個少數的繁殖點，病媒蚊就能快速繁殖，並在短時間內達到危險的數目，大規模的流行威脅就很難避免。因此，為更有效的降低媒蚊密度，科學家們開始嘗試利用生物防治的概念，而被嚴選出來的終極生物 武器，是一種被稱為沃爾巴克氏菌 (Wolbachia) 的小傢伙。 ......【更多內容請閱讀科學月刊第 585 期】 | science |
職業試探 適性揚才 | 每隔幾個月，我總到髮廊報到，透過髮色調整轉換身心的面貌。如同過往的經驗一樣，上色最耗時間，但這次我沒有睡意，和第一次服務的助理聊起天。聊著聊著我突然好奇問，你以前是唸什麼的？怎麼會進入美髮業，雖然現在越來越多男性，從事美髮美容或時尚業，你咧？我這一問，倒把他的話閘子給打開了。30 歲的他說，自己很晚入這行，在當兵退伍後偶然接觸才發現是興趣，而是自己有能力做的事。那你高職唸什麼呢？電機啊，我噗嗞笑了出來，而且超大聲，我說，未免也落差太大吧。他說，唉！國中畢業時，不確定自己要幹嘛，書也不太會唸，好同學說，不然一起去唸私立高職的電機科。我問，那你不會唸的很辛苦嗎？他說，倒也不會，反正就是跟著做，跟著學，但三年後問題又來了，自己還是不想做這領域的工作，所以又去唸二技，我追問，就不愛了還繼續唸是什麼情況，他無奈的說，混學歷啊，不然怎麼辦。從上色到弄完頭，我一再想，他不是特例，因為你我身邊，這樣的人確實存在，搞不好自己就是如此！自己的興趣是什麼、做不做得來、以後有沒有出路，才十多歲，真有多少人清楚？以筆者來說，國中只唸覺得有趣的科目，不會想太多，老師也只會叫你唸書。到了三年級要繼續升學，有三種入學考試，分別是北區高中聯合招生 (北聯)、北區高職聯合招生、北區五專聯合招生。在 25 年前，公立高中只有 12 所，公立高職更少，五專倒是選擇很多。才 15 歲，不知道興趣，加上不知職校要唸什麼科，在好同學的影響與慫恿下，以世新專科學校為第一志願。成績出來，可以上臺北商專，這在當時是女生公立五專的第一志願。差不多時間，高中成績出來，錄取倒數第二志願華僑中學，因為五專撕榜單比高中報到早一天，一心只想唸世新的我，瞞著爸爸去撕世新廣電科的單子。晚上老爸回到家知道這事非常憤怒，狂罵說要唸也唸公立的臺北商專，唸什麼私立學校；再者，分數可以上公立高中，為什麼放棄。一整夜軟硬兼施，隔天只好去拿回畢業證書，搭計程車趕赴華僑中學，在 11 點 58 分抵達，成為最後一個報到的錄取生。三年的高中學習、很快樂，仗著點小聰明錄取世新傳管系，四年後，機緣進入電視臺，接著是十多年的節目、新聞專題與即時新聞的經歷。回頭看，自己是幸運的，愛說話、愛接觸人群、喜歡觀察人事物，這些反倒成了做記者的利器。但一路以分數唸上來，不管學校或家庭，根本沒有提供我對自己性向與可能發展的探索機會，也有可能大學畢業後，做了一分和志趣不符的工作，又或是渾渾噩噩過日。25 年過去，情況有沒有改變？從聯考到高中職多元入學再到十二年國教，國中生的升學進路是否和過往一樣，仍舊用分數取決？是不是不會唸書的孩子，就只能讀高職。填志願的時候有擔憂嗎？有一點點，就怕自己上不了。──錄取高中學生 (105.7.7) 高中可能還是第一優先，因為成績夠當然唸高中。──國中生家長 (102.3.16) (有填公立高職嗎) 沒有，(為什麼沒填？) 因為公立高中一定考得上，所以就都填高中──李同學 (99.6.18) 事實是，隨著社會變遷，唸高職低人一等的觀念漸漸改變，但只要學業成績夠，還是優先選擇高中。而這 20 多年來，技職體系的孩子始終是多數，民國 80 到 87 年，高中生從 21 萬增加到 31 萬，高職學制有 50 萬上下的學生，約為 3 比 7, 之後五專紛紛改制、綜合高中設立，普通高中增設，到了 104 年，普通科 33 萬多人，職業科學生 36 萬多人，約是 52.1 比 47.9。 按分數唸普通高中或職業學校是主要依據，但如何協助學生找到與趣和性向，卻是更重要的事。臺師大心測中心研發的電腦化職涯性向測驗及情境式職涯興趣測驗，從 99 年上線到 103 年已針對 13 萬 5 千名國中生進行測驗，結果發現 2 成 7 學生有兩種興趣，1 成 4 只有單一興趣，4 成 5 學生的興趣分化不明顯。交叉分析更發現，5 成 2 國中生在高中職階段的興趣和天賦沒有交集。十二年國教標榜適性揚才、多元進路，若沒有透過適性輔導，給他們發展多元智能的機會，也是空談。103 年年底，研議近 30 年的技術及職業教育法三讀通過，更明文規定，國中小課程綱要，應納入職業認識與探索相關內容，高中及國中應安排到相關產業參訪，而國中可和技職校院或職業訓練機構合作辦理技藝教育。臺北市幸安國小校長邢小萍指出，現在在北市各小學，基本上是以搭配議題、融入教學活動，讓孩子們對某些領域的工作有初步認識，比如低年級可搭配閱讀、繪本；高年級的班級，有的請家長來介紹活動，自己在先前服務的新生國小，則以一個年級為單位，利用綜合活動請不同行業的佼佼者分享甘苦，溜溜球專家楊元慶就曾是講者之一。還試驗過，讓孩子去爸媽工作場所一天的學習活動，效果還不錯。簡單說，小學就是透過活動，融入議題強化認識。國中方面，有學校在一、二年級寒暑假，和鄰近高職辦理營隊，不少學校在國二的學期中安排到高職體驗。臺北市私立祐德協和高中，每年至少承辦 3 所國中 400 多位學生的職業探索，在半天到一天的時間內，學習相關課程，測試自己的性向能力。有國中生在電腦教室裡，看廣設科同學繪圖，還有國中生在機械科老師帶領下，按照說明書，自己組裝模型車。看說明書覺得很難，真的動手做還是難，現在確定我在這方面的能力不太行。──北市麗山高中國中部林同學需要去思考，然後以前玩過，現在更熟悉。──北市麗山國中學生謝同學協和祐德高中實習主任指出，高職有 15 個職群將近 90 個科，別說國中生，很多大人，包括普通科老師也不清楚各科系的教學內容。比如資料處理科做電腦應用，資訊科偏重硬體裝修。稻江護家實習主任許嘉玲以餐飲料與家政科裡為例，餐飲科偏重創意料意，家政科則是宴客菜。也因此，不給學生了解、體驗學習機會，怎會有機會知道？可惜這樣的探索，就算做最多也只有半天，尤其國三升學壓力，更難落實。不過在國中，還是有一批學生在三年級有這樣的機會，他們是參加技藝學程，也就是俗稱的技藝班。國中技藝班並非每校都辦理，一來要耗費老師許多心力安排，二來也和學校所在地域性有關聯。以臺北市來說，近市中心的國中幾乎不會辦理，因為幾乎百分百要升學，不管唸高中還高職，拼學科優於一切。新北市幅員廣闊，部分大型學校，勢必得提供技藝班，讓對學科沒興趣的學生也有出路。基本上，多數學校是一周送學生去高職上半天課，有老師指出，這樣的辦理型式，有利職校未來招生，國中老師也較輕鬆，把人送過去就能直接做自己的事，比如改作業。新北市三峽國中輔導室清楚，送孩子去職校，扣掉來回車程，學到很有限，選擇在校內自辦技藝班，把因為少子化，較少使用的空教室，改成簡易廚房、實習教室，而輔導室和新北多所高職合作，每週四上午 10 點到下午 3 點，由高職老師授課，讓學生學習內容更完整。但畢竟高職至少 15 學群，不可能每個都能提供，也有設備問題，像是動力機械群的學生，下學期還是得去外面合作的車廠見習。能仁家商設計科老師吳學宜說，接觸學生的第一件事是打破觀念，比如對教育的了解是什麼。因為他發現教學時遇到一個問題，學生很容易認為，設計就是美術或者朝著某個方向想，完全忽略興趣，把喜歡的東西都埋沒。所以他總先花時間讓學生看別人的作品、參考教材，看完會問學生想要什麼、喜歡什麼，再把課程帶起來，這樣課程安排，才能在弄好的既定框架，按學生的特性、屬性調整。否則曾遇過有些學生們完全不知道來做什麼，已放棄升學也不知道能否就業，但好多人都說，高職有一技之長，可是這樣子說，跟來高職、學畫畫的關聯是什麼？以後有沒有飯吃？學生依舊不清楚。 設計群技藝班的蔡同學說，繪畫、烹飪和美髮都喜歡，但自己最喜歡畫畫，之前家裡沒機會讓他接觸，因此選擇參加設計群技藝班。而本身不愛讀書，語言和算術不太在行。與其學不喜歡的東西，還不如從喜歡東西去鑽研。他說，以前不會漸層，只會單色，也不會塗陰影，現在會了，加上老師讓他們做不同產品，每次成品出來會得到滿足，唸了技藝班對自己的興趣更加喜歡。離開設計群教室，再來到電機電子學群的實習教室，這裡清一色全是男生，跟著光啟商工電機科老師，製作電子閃光警報器，從焊接電路板、接電線，全部由學生自己動手做。課程中的戴同學說，先前在外面參加過課程，要焊一百多個 LED 燈，焊一焊，意料外做的很順也很精緻，就來技藝班，媽媽也支持。另一位劉同學說，就是喜歡動手做，才來技藝班，但電機喜歡一點點，汽修也喜歡一點點，我問那怎麼辦？他說，就是要東摸摸西摸摸，才會找出自己最喜歡的那一個。 三峽國中輔導主任王雯華說，技藝班裡面有興趣未明的孩子，也有少數不想上課才來的學生，但給機會試探絕對重要。以餐飲群為例，為這幾年的熱門科目，學生以為容易，因此較多人選擇參加。目前校內的 7 個學群中，餐飲是唯一開 2 個班的，但也是唯一安排 5 節課。學生以為，餐飲跟電視上做菜節目一樣，人家東西都幫他弄好，只要倒進鍋裡炒兩下就好了，結果現實是是兩節課備料，後面三節課才開始做，做完之後還要收拾，真的很辛苦。但學生實際體驗之後發現，可能跟心理想的不一樣，經過試探後發現與自己想像不同，也是個價值。王主任指出，普遍價值是成績不好就要唸高職，他觀察是，有些孩子不見得不會唸，是不喜歡唸。先前曾帶過一個學生，八年級下學期時被鑑定閱讀障礙，技藝競賽有學科測驗，也有題庫，他怎麼唸就是不及格，後來進了高職唸了有興趣的，要考證照，怎麼就會唸，還過了？原因就在有些孩子資質不差，只是學習胃口被打壞了。另一個例子是，一個學業成績不錯的學生原本要參加國中技藝比賽，但因為碰到學校段考，班導怎麼樣也不讓他去參加，後來是家長簽下同意書，承諾若學科責任自負，學生才成行。王主任感嘆，遇到這樣的老師，也只有無奈。如今，技術及職業教育法明定，中小學得有職業試探的課程與活動，但家長和老師的觀念改了多少？老師又有多少能力去帶領學生試探呢？延伸閱讀 1. 統計處，高級中等學校概況統計，goo.gl/PE57q7。2. 教育部，技術及職業教育法，goo.gl/xpzq7j。3. 臺灣師範大學，〈調查：5 成 2 國中生 興趣、天賦沒交集〉,2013 年 11 月 29 日。 | science |
論文作偽事件中審計部與教育部的責任 | 近月來發生了臺大醫學院與生命科學院一些不肖教師與學生為追求虛無的卓越，發生多篇論文變造作偽而被外人揭露的事件，不僅丟盡臺大的臉，也讓臺灣的學界騰笑國際。加上當事人公開謊言卸責，校方態度搪塞敷衍，讓身為臺大人逾一甲子的筆者不僅痛心，對母校的未來憂心，更為臺灣學界道德規範之淪喪而擔心。臺大的校訓是敦品、勵學、愛國、愛人，以敦品為先而知品德修養最為重要。不但應要求學生重視，臺大的教師本身更須身體力行，否則如何施教？猶記四、五年前有研究經費報銷不實以致一些教授和研究人員遭到起訴，後因中研院長、國科會主委、教育部長與幾位相關的大學校長，出言袒護「學術人才」而以「共業」之謬論，不了了之。當時鄙人曾於民國 102 年 1 月 7 日《聯合報》「民意論壇」投書說:「學術研究的重要原則包括：講求誠實道德，遵守規則約定。這也是大學教授應有的態度。做不到，有失師表身分，也算不了『學術人才』, 其研究成果價值且可懷疑。」換言之，筆者認為先有操守，才能談學術成就。會在經費報銷上作假，則所謂研究成果可疑，不是什麼「人才」, 也不堪為人師表。現在反過來看，若研究成果竟然是偽造的，其經費報銷是否確實似可懷疑。況且，據悉這些有論文作偽的計畫主持人曾獲數千萬、甚至以億計之國家研究經費。是否審計部應主動地秉公詳核其經費使用是否確實呢？再者，如果作偽屬實，且情況嚴重者，教育部應註銷其研究所學位及教師資格，方能維護臺灣學界之道德規範。這是審計部與教育部的職責所在，千萬別再以「共業」的歪理為之解脫了。 | science |
從學術舞弊要點看臺大生科院處理郭案 | 外界對臺大學術倫理調查的處置顯有不滿的聲浪，箇中原因無非是懷疑臺大有包庇的可能，同時也不耐於處置時間經時數月，調查過程密不通風，外界難以查知，加深對臺大包庇的疑慮。生科院調查小組主席閔明源教授與《科學月刊》的訪談雖使外界首次得以窺知調查的過程，但相比於外界欲知之急切，這樣的說明對外界來說實在來得太遲，而且仍只是間接而非正式的。其中關鍵的原因，恐怕在於郭案在臺大現行制度下的定位與社會期待之間，有本質上的落差與矛盾：前者的制度定位僅為應否解聘的調查一環，後者則期盼臺大能藉調查昭明學術倫理。訪談中閔教授表明，生科院調查小組對郭案的處置係完全按照「國立臺灣大學教師違反送審教師資格規定及學術成果舞弊案件處理要點 (以下簡稱『學術舞弊要點』)」。若爬梳此要點的「親緣關係」與「遺傳特徵」, 其係依據教育部的「專科以上學校教師違反送審教師資格規定處理原則 (以下簡稱『違反資格原則』)」而設，可以說兩者內容幾近相同。至於「違反資格原則」, 則是根據教育部「專科以上學校教師資格審定辦法 (以下簡稱『資格審定辦法』)」所設。而「資格審定辦法」則是根據「教育人員任用條例」與「教師法」, 用以辦理專科以上學校教師之聘任、升等資格審查。也就是說，「學術舞弊要點」與「違反資格原則」兩者，原來主要是用來處理送審教師資格，即教師升等或聘任的學術倫理問題。對於送審教師資格以外之違反學術倫理問題，教育部的「違反資格原則」僅在第十四點簡略表示，學校應參酌「違反資格原則」, 於校內章則明定其處理原則。臺大則根據該第十四點，將兩種狀況的學術倫理問題簡單合併以「學術舞弊要點」解決，使教師其他違反學術倫理的情況亦遵循聘任、升等資格審查的學術倫理調查程序。對於教師升等或聘任資格的相關審理，「學術舞弊要點」與「違反資格原則」的思考原點，似將之定位作純然學校內部之作業，故無須慮及社會外界知悉與參與之可能，此特性可由其祕密審查與利益迴避不限本系的設計上看出。也因為如此，正好與社會大眾厭惡郭案的處置經時數月、過程不透明且有包庇可能等疑慮相互對應、衝突。詳言之，「學術舞弊要點」第十點規定審查應以祕密方式進行，這註定了外界不可能有辦法即時、準確、充分地得到調查過程的資訊。祕密處理制無論在臺大的「學術舞弊要點」或教育部的「違反資格原則」中並不見相關釋理。追溯其理由，須詳於教育部的「資格審定辦法」, 其第三十九條定明學校與教育部評審過程、審查人及評審意見等相關資料應予保密者，是著眼於維持評審之公正性；反面具體來說，見於同條第二項，是為杜絕請託、關說、利誘、威脅或其他干擾審查情節嚴重之情事。相似文字因此轉生於「違反資格原則」與「學術舞弊要點」之中。延續「資格審定辦法」維持評審公平性、杜絕干擾審查的邏輯，「學術舞弊要點」第八點僅規定被檢舉人針對檢舉內容限期於二週內提出「書面」答辯、必要時再答辯，類此皆可使得被檢舉人不會與調查小組成員面對接觸。被檢舉人的「口頭」答辯僅見於第十一點，但其可以酌情允許之階段，已經是進入教評會的程序之後了。僅管「學術舞弊要點」並未明確指出在調查小組階段被檢舉人得否「口頭」抗辯──這或許也是閔教授所率之調查小組得以提出當面會談邀請的規定空隙──但被檢舉人無能得知審查人的限制仍然是一致的。這也因此變相展現在郭案最後一次會議中，採取了審查委員一間房間、被檢舉人一間房間的做法，頗有「懸絲把脈」之感。僅管如此，持平的說，這或許已是郭案的調查小組遵循「學術舞弊要點」所能權衡的最大極限。毋寧是制度使然，逼出「巧思」之必然。相對來說，試舉美國杜克大學「關於研究不端之政策與程序 (Duke University Policy and Procedures Governing Misconduct in Research, 以下簡稱『研究不端程序』)」為參考，被檢舉人在調查過程中皆有獲得調查委員會面談的權利，也會收到含有委員會成員名單的最終調查報告。「研究不端程序」仍要求調查過程保密，但其大抵與維持評審公平性、杜絕干擾審查無涉；綜觀其程序內容，僅是為了保全被檢舉人的學術信譽在調查出爐前不受到無謂的損害。類此的思考模式，大抵派生自並且同於美國研究誠信辦公室 (Office of Research Integrity) 的學術倫理範示政策。綜合以上，浮現出兩個面向的問題值得思考：其一，現行用於聘任、升等資料審查之制度是否應一體適用於學術倫理的祕密審查？亦即，學術倫理問題的祕密審查究竟以何目的為宜，是現制的擴及評審公平性、杜絕審查干擾，抑或僅應限於保全被檢舉人的學術信譽？兩者不同在於前者不但祕密於外界，亦祕密於被檢舉人；後者則以祕密於外界為要，被檢舉人於調查中仍應享相當程度的資訊對等。本文無意討論教師升等、聘任過程的祕密審查制度，此非郭案之範疇，亦非外界矚目之原因。本文僅欲提出，在學術倫理調查案件中，若欲達成杜絕干擾審查之目的，是否以阻絕大多數審查資訊 (包括審查人身分等) 於被檢舉人為必要？即令允許被檢舉人知悉審查人身分，並非即無校內體制手段反制、嚇阻可能干擾作為。事實上，綜合「學術舞弊要點」第二點與第四點，已提供了妨害評審公正性的各式處置。至以現行「單盲」的方式從事，既難使被檢舉人於調查程序之外避卻接觸調查小組成員，也使被檢舉人無法主張調查小組成員的利益迴避；更重要的是，此無異陷被檢舉人茫茫於祕密調查之中，對被檢舉人的保障似嫌不足。更何況，按照大學自治原則，大學教師資格評量為大學之自治權限，即使假設教育部的「資格審定辦法」對聘任、升等資料所另加之祕密審理要件及其相關設計可予承認，其亦無一體適用於學術倫理問題審理之必要；大學實應有其裁量空間，決定學術倫理祕密審理之採否與其實質內涵。其二，關於學術倫理問題祕密審查之程度，學校是否得因社會矚目之程度而有所差異？社會大眾對於教師升等或聘任的態度，多半會認定其為學校內部事務，並非社會矚目之對象；相對的，學校如今之所以承受相當之輿論壓力，係因社會對於學術倫理問題投與相當的目光。如前所述，大學實應有一己之裁量空間，決定學術倫理問題祕密審理之內容與程度。因此，欲以多少程度之公開來回應大眾的疑慮，權柄實已握於大學手中，無先驗之對錯可徵，應視乎祕密審查所欲保全的利益得否確保。若從保全被檢舉人學術信譽的角度出發，似應注意郭案與其他校內初肇舉發的學術倫理案不同，一開始被檢舉人的身分竟即遭揭示，迄今學術信譽已打擊殆盡，殘留幾希。因此，在這種情況下，一定程度的程序公開反倒較有維護學術名節之可能。退一步來說，即使遵循現行規範，包括臺大的「學術舞弊要點」、教育部的「資格審定辦法」與「違反資格原則」, 其保密涉及的是評審過程、審查人及評審意見等相關資料。從字面意義來看，其實仍不妨礙定期公布會議時日，預定議事主題等作為，類此者既皆不涉實質評審內容，學校仍得權衡為之。至於社會大眾對於臺大包庇的疑慮，最為相關者應為利益迴避的規定。臺大「學術舞弊要點」第九點的迴避對象，列為師生、三親等內之血親、配偶或三親等內之姻親或曾有此關係、學術合作關係、相關利害關係人、及依其他法規應予迴避者。暫不論該文字有模糊之處，若比較於科技部的「學術倫理案件處理及審議要點 (以下簡稱『學術倫理要點』)」的利益迴避規定，「學術倫理要點」於第十六點將任職同一系、所、科或單位的人員也列為利益迴避對象。如果外界肯認「學術倫理要點」對於同一系所單位人員之利益衝突預設為真，則實在與外界對於生科院調查郭案以昭明學術倫理的期待、定位大相矛盾。事實上，臺大「學術舞弊要點」的第七點更定明院、系科所教評會主席為調查小組當然成員，而其餘成員則依個案專業領域，自系所、院教評會委員遴聘。若此者，豈非大與前開利益衝突預設矛盾？究其實質，主要是因為臺大的調查自始即附庸而襲用教師升等、聘任資格送審的概念設計，為教師資格送審的一環，因而制度定位為學校內部作業，亦無須慮及社會外界與聞之可能。與此對照，臺大處理研究所學生學位論文學術倫理問題的「國立臺灣大學博、碩士學位論文違反學術倫理案件處理要點 (以下簡稱『博碩倫理要點』)」的第五點及第六點雖仍規定由被檢舉人所屬學院組成審定委員會，卻附有但書規定原系所人員不超過三分之一。綜合以上，臺大現行的教師學術倫理的制度定位，原本就與外界期盼臺大藉公正、透明、明快的調查有本質上的衝突，如此的臺大是否適合作為學術倫理調查的發動者？此其一。又如前述，如果臺大必欲踐行現行祕密審查的規範，則其能揭露予外界者至多為會議時日、預定議事主題等不涉實質評審內容的部分。社會大眾的焦躁心情能否為之撫平，恐怕殊堪懷疑，此現狀下的臺大似不適合作為公眾期待的調查的發動者其二。綜合以上，除非能夠重新檢整臺大乃至教育部現行的相關制度，不然在現行制度的限制下，即使調查成員加以心力，恐怕臺大內外人士對於學術倫理調查仍會有窒礙不周之感；而如此賴乎調查成員端正一心自律的做法，即使一時片刻的結果滿足外界期待，也斷非長久可恃之道。若欲回應外界以公正、透明、明快調查昭明學術倫理之期待，以臺灣之現況看來，恐怕只能期待與此相關的行政機關較有可能。若比較美國研究誠信辦公室的作法，在送發學術倫理調查最終報告予被檢舉人後，被檢舉人得請求進行聽證程序，公眾得以與聞 (open to public); 以及聽證請求若被研究誠信辦公室拒絕，仍得向法院請求救濟等做法，或許值得我們思考。此外，亦值得注意調查小組是否需要法律專業人士之參議協助。仍舉美國杜克大學「研究不端程序」為參考，其明確規定進入調查程序後，負責調查的特設調查委員會 (ad hoc committee) 應有一名法律顧問協助。事實上，臺大在處理研究生學位論文學術倫理問題的「博碩倫理要點」第六點也規定：審定委員會由被檢舉人所屬學院院長、系所主任、院長遴聘之校內外專業、法律領域之公正學者及相關專家組成。「博碩倫理要點」有關「法律領域」雖未必有強制意涵，然其規定或許仍可供郭案適用的學術倫理調查程序參考。根據《科學月刊》的訪談，在郭案中調查小組曾遭遇各式問題，舉凡在調查時對於利害關係人等用語之疑義、利益迴避或保密協議之簽署、私下偶然接觸是否即觸發利益迴避、祕密文件分享之請求等等。類此問題，若有法律專業人士協助，相信能有所裨益。此外，亦應考慮被檢舉人在調查程序內是否應享類似保障。在其範示政策裡，對於被檢舉人的律師∕非法律個人顧問的建議保障，美國研究誠信辦公室列示了研究機構的可選作法；依此，「研究不端程序」的相關規定如下:「被懷疑有不端行為之人員有獲得律師的權利，以其自己之費用；該人員的律師可以在特設委員會中在場，但不得代表該人員。律師的角色為觀察者，可以私下向該人員提供意見，但不得嚴重中斷調查的進行。」 | science |
前臺大生命科學院學術倫理調查小組主席 ──閔明源教授專訪 | 《科學月刊》總編輯蔡孟利 (以下簡稱蔡): 在 1 月 13 日臺大開完校教評會之後，生科院還有沒有繼續調查作為？閔明源教授 (以下簡稱閔): 生科院的調查小組最後一次開會是在 1 月 9 日。為什麼在 1 月 9 日，因為遵循「國立臺灣大學教師違反送審教師資格規定及學術成果舞弊案件處理要點」, 我們在兩個月以內一定要把調查結案，所以 1 月 9 日已經是我們在法定期限的最後日期了。1 月 9 日開會當天，郭明良教授有親自來委員會說明，我們覺得生科院能夠做的也只能到此為止，所以就把報告整理完讓所有委員看過，也對內容做了些討論之後就送給學校。報告送出之後，生科院的階段性任務就已經結束了。在 1 月 13 日校教評會上，不少委員，特別是來自醫學院的委員還蠻讚賞我們的報告，他們甚至覺得生科院做得比醫學院好。我不是說醫學院做得不好，因為醫學院要調查的論文太多了，而我們只調查 NCB 這篇......。蔡：郭大維副校長在記者會特別強調說，1 月 13 日的報告只是針對第一作者跟通訊作者的初步調查結果，其他共同作者的責任仍在調查中，屬於第二階段的調查。但您說生科院到 1 月 9 日會議之後接下來就沒有作為了，所以郭副校長所講的調查共同作者之部分，生科院已經沒有再進行了？閔：我不是特別委員會的委員，只是列席說明生科院的調查過程。因為當初生科院把調查目標設定在 NCB 這篇，可是醫學院他們要調查的論文非常的多，所以我想學校第一個階段可能就設定先在 NCB 這篇與 2008 年那篇 JBC。因此，或許郭副校長所謂的第一階段，可能是這兩篇的報告已經調查完，那後續還有其他的報告......。蔡：(插話) 不是這樣。郭副校長很明確的說 1 月 13 日的會議只釐清第一跟通訊作者的責任，但是因為共同作者的責任需要很複雜的查證，所以是第二階段的工作。閔：因為我沒有看過記者會的內容，不清楚郭副校長的說法。回歸到生科院本身的報告，第一，所有作者我們都有去調查，但面臨很多調查上的困難。所以在我們的報告裡，有把所有作者要負的責任都寫明。我們的認定裡面很多臨床醫師能真的就只是提供臨床檢體與診斷，還有論文的內容編輯。這些人都只是列名在中間的作者群，非第一及通訊，所以對照一般生科領域的合作列名習慣，我們沒有進一步的證據可以去證明他們是否違反了學術倫理。蔡：您是否能確定生科院的所有調查作為，在 1 月 13 日的記者會之後就沒有再進行？閔：對。但那是因為我們對所有作者都已經調查完畢了，不是只有完成第一跟通訊作者的調查。蔡：所以生科院交給學校的報告裡面已經完成了 NCB 這篇所有作者序的責任調查？而不是像郭副校長所講的只有確認第一跟通訊作者？閔：對。但就我列席委員會所了解的，副校長可能是在想說其它的論文尚在調查。因為這幾位醫師不只出現在這篇而已，他們也出現在其他篇。蔡：我再確認一次，在 1 月 13 日的記者會之後，生科院已經不再進行調查作為，因為你們已經在 1 月 9 日調查小組第五次會議結束後，都已經很清楚的調查完畢？閔：對。蔡：所以學校宣稱的繼續調查，事實上已經沒有生科院的部分，只有醫學院需要繼續進行調查？閔：對。但是我要釐清，這是我個人的主觀認定，也是我報告給學校的意思。因為我已卸任代理院長的職務，學校要不要生科院再做進一步調查，那是新任院長的職權。蔡：所以目前生科院的調查小組算已經解散了？閔：沒錯，但這是本人主觀看法。事實上依法本人結束代理院長後，需將主席移交新院長。本人之所以如此認為主要是，個人認為新院長應有權利重組他認為適合的調查小組成員。此外，因為之前有退出調查小組的成員對本人的領導諸多質疑，因而本人將來也不會再任調查小組任何職務。蔡：在您當初組這個小組的時候，是如何去確認委員有沒有利益迴避的問題？有沒有要求委員切結沒有利益衝突？閔：所有的組成都是按照「國立臺灣大學教師違反送審教師資格規定及學術成果舞弊案件處理要點」作的。包括院教評主席，就是院長、當事人任職系所的教評會主席，就是生化科學研究所所長，我們兩個是當然委員，其他委員是我主動邀請的。但我必需說這個事情沒有那麼多人願意來做，事實上的確是蠻辛苦的差事。本來我覺得一位學校主管研發事務的高層主管應該來參加，但是他推辭了，但推薦了醫學院另外一位同仁加入。還有一位醫學院的同仁是因查詩婷為毒理所的畢業生，所以我們也請毒理所所長加入。蔡：您用什麼方式確定大家都沒有利益衝突的問題？閔：就按照法規，第一，跟郭明良有沒有師生關係？第二，有沒有三等親之內的關係。第三，配偶。第四是學術合作。在第一次會議結束之後，毒理所所長說他有個計畫是郭明良教授一個計畫中的協同主持人，主動向本人報告需迴避退出委員會。也因為這樣，生科院也做了清查有沒有計畫合作相關的，確認其他委員都沒有。那第五點，相關利害關係人很難界定，第六點其他應該迴避的就更加模糊了。但至少從第一到第四點，我們都問的非常清楚。但可能是我自己的行政經驗不足，也是基於信任，所以我沒有要委員簽書面的保密協定。但我在每次會議完都跟各位委員提醒這是需要保密的，大家不要把資料洩漏出去。蔡：我先確認一下，在會議進行的時候，您有跟每一位委員確認是不是有利益迴避的問題？但是並沒有簽任何有關利益迴避的書面文件？閔：對。蔡：你有跟每位委員確認請大家注意保密，但只是沒有去簽保密協定的書面文件？閔：對。但所有的三等親、配偶、學術合作關係這些事項，生科院是有主動清查過。蔡：那論文呢？論文上面的作者列呢？閔：我們沒有任何委員與郭明良有論文一起列名作者的。蔡：這些都有確認過嗎？閔：對。我還是承認我經驗不足，所以沒有請大家簽這些文件。委員之間可能有一些意見衝突，例如生化科學所所長被控跟當事人私下接觸，但所長跟我說是郭明良回去生化所辦公室剛好遇到他，只是同事碰面禮貌上打個招呼談一些事情，如果就被指控為私底下接觸，那是很大的誤解。但因為有委員跟我反映所長與郭明良接觸，我就去問所長到底是什麼事，問完之後大概不到三十分鐘，就接到當初推薦這位委員的學校研發高層的電話，告訴我說醫學院要當事人的系所主管迴避，不然會違反利益迴避原則。但我認為參照學校的法規，系所主管必需要在委員會裡面，但研發高層堅持說醫學院就是這麼做。我只好問生化科學所所長的意思，他表示離開剛好解脫了，所以他在那個階段也退出了。這件事情大家可以去公論算不算違反利益迴避原則，雖然我佩服這位接受媒體訪問的委員對調查小組的貢獻，但是很多講法不夠厚道，這是我必需澄清的事情。蔡：在調查小組成立之後，你們是怎麼樣決定要調查哪些論文？閔：郭明良教授在 2013 年因為擔任生科院長，職缺上是歸屬在生化科學所。在他任職生科院期間，他指導的生化所學生只有兩位，但其中一位換指導教授，另外一位雖然畢業了，但是他的論文還沒有正式對外發表，在郭明良現有已發表的論文裡也沒有看到這位學生的名字。所以我跟各位委員確認調查的範圍就是郭明良教授在生科院任職期間的論文，只要論文寫的聯絡單位為生科院，我們就調查。蔡：總共有幾篇？閔：11 篇。11 篇裡面 2 篇被 PubPeer 指控有問題，其中一篇就是事件起始的那篇 NCB, 另一篇是 2014 年 Hepatology 的文章。我們當初就是看這兩篇，包括那位接受媒體訪問的委員也在場，大家都覺得對 Hepatology 那篇的指控沒有理由，所以決定只調查 NCB 那篇。那時學校從美國的 ORI (Office of Research Integrity) 邀請專家提供辨識偽造的影像軟體，我們也送兩位職員去受訓。但因為軟體在使用上有些困難，所以學校現在還在跟資訊中心確認要怎麼使用。蔡：所以到現在都沒有使用任何軟體確認過？閔：在生科院沒有。但是我去列席特別委員會時，有一位 ORI 影像分析的專家掃過所有可能有問題的論文，當然辨識出一些有問題的。但因為這些有問題的不屬於生科院的調查範圍，Hepatology 那篇是被辨識過沒問題的，我也有跟調查小組的委員們報告這件事情。蔡：我再確認一下，實際上郭明良到生科院任職以後發表了 11 篇論文。但你們只根據 PubPeer 上面的指控決定調查目標，並沒有主動對其他 9 篇做檢視？閔：沒錯。外界要求我們在非常短的時間給出完整的報告，但就生科院來講，NCB 這篇我們就忙到將近兩個月才處理完。我是建議科技部或是教育部真的要防範與處理這類事情，就要有全職、全天候專職的人員。委員們花很多時間去看各種相關資料，但是要在兩個月的時間裡面叫我們去看所有論文的資料，我覺得真的是很為難。PubPeer 是同儕檢舉的，我們認為這就是切入點，先從這個地方調查起，這是生科院能力上可以做的事情。學校的特別委員會有沒有請 ORI 專家去全面掃描，就我列席的了解，應該是有的，但確實有沒有這樣子做我不知道。蔡：這個程序有點奇怪，您是因為列席才知道學校有掃視過，但學校沒有任何正式的通知給生科院嗎？通知說他們已經確認哪些是沒有問題的，哪些是需要生科院協助調查的？閔：我去列席的時候是看到非常多掃視的結果，分成有問題跟沒問題，還細分是小問題或大問題，算是非常專業的分析。我想學校邀請我去列席，或許就是要讓我知道這些事。蔡：學校有沒有給你書面詳細資料說那些有問題？是大問題或是小問題？閔：有，我在資料上面都有看到這些，都有列出來。蔡：你有將那些文件帶回生科院嗎？閔：那只是在會議上看的，不能帶出來。蔡：所以你沒有把資料帶回給其他委員看？閔：對。學校有可能是保密作為，我尊重。但我有跟調查小組委員們解釋。蔡：但是生科院是實際的調查單位，結果生科院的調查委員並沒有辦法知道學校掃視的篩選結果？閔：對。這一點我承認是我的疏失，也許我該要求學校提供郭明良在生科院發表的這 11 篇掃視結果。但是因為我在學校的會議上沒有看到除 NCB 之外有問題的文章，所以我沒有請學校給我另外 9 篇掃視後的結果。蔡：NCB 那篇在 11 月中就已經撤稿，當時也確認有造假。所以是不是造假，在委員會不需要再多做調查。那調查小組是怎麼去擬定後續的調查事項？閔：第一個就是我們需要給當事人答辯的機會，還有請當事人說清楚他們在這篇論文裡面的角色是什麼，以及他的貢獻度。蔡：關於調查的程序、調查的作為，委員會有沒有 SOP 的討論？閔：我們沒有去討論 SOP, 因為畢竟不是每天都在處裡違反學術倫理的問題。這麼大的事情，大家也都沒有夠多的經驗，唯一的經驗是我剛代理院長時，生科院有一個沒有引起社會那麼大注目的違反學術倫理的案件，我唯一的經驗就是這個。就像您說的，NCB 這篇已經確認造假了，所以要釐清的是誰造假，我想那也是社會大眾關切的重點。通訊作者知不知情？通訊作者有沒有蓄意叫這些第一作者或其他人去造假？不只通訊作者的責任要釐清，還有其他掛名作者的責任也要釐清。此外還有請作者們提供論文的數據資料，我們才能從這些資料去比對調查。有人說我們沒有任何的外部委員，但我們依據法規之規定，整理了這些資料之後，送給兩位臺大以外的外審委員。蔡：但造假早已經確定了，您希望外審要審什麼？閔：就是認定各作者在論文裡的貢獻度。蔡：你們希望外審委員去確認此事？閔：對，因為依規定就是這個樣子，所以請外審委員給我們意見。蔡：調查小組希望外審委員給的意見是他認為這些作者，譬如說第一作者是負擔 80% 的責任，第二作者應該是負 20% 的責任，是這樣嗎？閔：沒錯，類似這個樣子。蔡：但外審委員怎麼有辦法去確認？他們沒有對所有作者做訪談、調查，怎麼有辦法憑書面資料就說各作者需負多少責任？閔：沒錯，所以說學校這個處理要點碰到大事情就窒礙難行。因此我們決議下次會議請外審委員一起來參加。蔡：外審委員在第幾次會議加入？閔：第四次。蔡：所以第四次跟第五次皆有參加？閔：沒錯，那前面兩次我們是找不到外審委員，第三次終於有人答應來幫忙，我們趕快把東西寄給他看，但就像您講的一樣，我們覺得這樣沒辦法調查清楚，所以我就徵求委員們的同意，請外審委員一起來開會，兩位外審委員都十分幫忙的來開會。我們也一直極力邀請第一作者查詩婷與通訊作者郭明良教授，前來針對難以用書面呈現的問題來做解釋，但是他們都不願意來。這就是在調查上比較困難的原因，他們如果不理會我們，甚至如果他們不提供書面資料，我們怎麼調查下去？這真的是在目前法規上非常為難的事情。蔡：在第四次進來的兩位外審委員，他的身份只是外審委員，應該不是調查小組成員。這時候調查小組成員還合乎法定的人數嗎？閔：法定的人數是 5 至 7 位，所以還是有合乎。但那時候我知道我只會代理生科院長到 1 月 31 日，所以我徵求委員們同意，邀請有可能成為生科院長的鄭石通教授來加入。因為我認為萬一我們的調查沒有完成，我卸任後，主席的任務還能順利銜接。蔡：所以到了第四次等於是有 6 位委員加 2 位外審委員？閔：對。蔡：查詩婷跟郭明良在前四次都不願意來接受訪談，但有提供書面說明。大家很在乎的事是，他們所提供的資料是不是原始資料？包括他們實驗室的原始實驗記錄本、跑膠的照片，那些實際原始的照片。閔：我們有請他們提供這些，但是他們沒有提供。在第五次會議時郭明良有來接受訪談，但查詩婷仍沒來。蔡：從第一次到第五次會議完全沒有提供實驗室的原始實驗記錄本，也沒有提供這些影像資料的原始照片？閔：對，都沒有提供。當事人雖確實提供委員會許多實驗資料、影像與論文稿，但非原始電泳膠片與組織玻片。不過委員會認為唯有原始資料才能釐清第一作者所謂標示錯誤與誤值的說辭。蔡：在第五次會議時，調查小組是用什麼樣的形式跟郭明良談話？閔：我們開會的房間在院長辦公室的隔壁，所以郭明良來的時候我請他到院長辦公室，然後在開會的房間用手機通訊軟體，所有的委員把問題寫給我，由我統一去問郭明良。然後，他們可以在隔壁聽到郭明良的回答。委員若又有問題就再寫給我，由我來問他。蔡：但是在第五次之前，郭明良跟查詩婷都沒有來過委員會說明？閔：對。蔡：您邀請了，但他們都沒有來？閔：對。蔡：那其他作者呢？您有沒有請第一跟通訊作者以外的其他作者來委員會解釋？閔：我們沒有邀請其他的通訊作者。事實上我們有打算邀請，但一來外界跟學校給我們很大的時間壓力，二來我們覺得連兩位關鍵人物都邀請不來了，其他的人就沒有那麼重要了。在這個過程裡面我們一直持續想要邀請到郭明良和查詩婷。蔡：所以並沒有任何邀請其他共同作者的作為？閔：沒有，我們的確沒有正式要求其他的作者到場。都是以書面詢問與答覆。蔡：問他們什麼樣的問題？直接問說你有沒有造假嗎？閔：所有的問題都是委員會的委員提出來討論的。包括那位接受媒體訪問的委員，他提出的尖銳問題我們都有請作者們回答，我還是非常感激他的貢獻，但我覺得他講話不厚道的原因是他的問題或是要求的事情，我從來沒有拒絕過，但他接受媒體訪問時，給大眾的感覺是他在委員會裡無能為力，所以他退出了。當然他受到攻擊是事實，不過如果將來我們開會的錄音可以公布的話，我可以非常坦然的面對大眾說，他所要求的任何事情我都沒有拒絕。蔡：我再確認一次，委員會有列出詳細的問題來請教這些共同作者，但是沒有任何邀請他們來委員會說明的請求？閔：對，我們認為最主要的證人是郭明良、查詩婷以及另一位共同通訊作者林明燦。但是林明燦也是不來。其他的人我們只是用書面的方式詢問。蔡：林明燦也有書面回覆你們嗎？閔：有，但是他書面的回覆就只是他提供臨床檢體與臨床的診斷，就只是這樣子。蔡：因為郭明良的實驗室也不在生科院而在醫學院，調查小組有沒有討論要去他的實驗室調查？比如說翻閱他們的原始記錄或者是電腦裡面的原始檔案？閔：沒有。這點那位退出的委員在媒體上也這樣的質疑，他如果在調查小組會議上講我會考慮去做，但是他不在會議裡面講。他完全沒有要求要做這件事情，但是他接受訪問說我們不做，這就是我覺得他不厚道的地方。但如果真要調查實驗室，依目前的分工規定，我們也只能調查在生科院的實驗室，但那就是一個空空的實驗室，沒有任何實驗在這個地方進行。我們無法去查他醫學院的實驗室，也許我們可以建議醫學院的調查小組去查。蔡：這篇論文的作者基本上都是醫學院的成員，甚至可說是醫學院的產出物。生科院的調查小組有沒有跟醫學院的調查小組做過任何橫向的聯繫討論，共同來處理這一篇的調查？閔：當初學校定調是大家各自獨立調查，這樣比較有公信力。雖然後來發現這樣窒礙難行，但講比較自私一點的話，生科院不想再去牽扯到 11 篇以外的東西了，對生科院的同仁來講已經難以負荷了。蔡：我說的是 NCB 這篇，有沒有就這篇跟醫學院橫向的溝通？閔：委員會之間沒有，但是我跟張上淳院長有過幾次討論，請他要注意調查我們所知道的一些事情。蔡：再回到共同作者的部分。生科院發了一次問題去詢問他們的答覆，那有沒有就他們的答覆再做進一步的追問？閔：有啊，包括要求每位作者說清楚他到底是做了哪些工作，還有一些數據是從哪裡來的，這些我們都有問作者。蔡：他們有回答嗎？閔：有，但我們發現這是另外一個困難的地方，他們回來的答覆都蠻類似的，就參與臨床相關的等等。蔡：串供嗎？閔：有這樣的可能性，但我不去臆測這些。我只是認為困難度就在於這裡，我們沒有能力做獨立的偵訊，第一，我們不是司法人員能力不足，第二，是人力不足，第三是經驗不足。雖然發現到最後他們的說詞都一樣，但或許真的臨床醫師的貢獻就是這樣子，雖然也有可能是串供，但調查小組在種種不足之下沒有辦法進一步判斷。所以讓我覺得很奇怪的是，科技部跟教育部的立場，他們給外界的印象就是，不相信臺大自己查自己能查出什麼來。蔡：您從哪些事情上感覺如此？閔：媒體上很多報導說臺大自己查自己，查不出什麼東西來。科技部跟教育部要臺大在很短的時間內交出完整的報告，但是讓我們的感覺是他們又不相信這個報告，已經拿了鞭子在等我們報告出來後把我們鞭死。我認為生科院沒有人願意包庇這件事情，這件事情對生科院努力工作的老師及學生傷害非常大，我們不可能去掩蓋整個事情，師生們一直在等事情的答案出來。可是我們能力就真的只是到此為止，科技部如果要防範這種事情，可以像美國的例子，研究經費贊助單位就去控告造假者，讓檢調進來，如果需要學者專業的幫忙我們非常願意幫忙，但是偵查的方法跟手段要檢調提供。大部分臺大人也是坦蕩蕩，臺大也一定是歡迎的。科技部事實上有很多手段可用，包括我們請人來說明，如果他不來的話我們也沒辦法，但是科技部有辦法，科技部可以說你不配合調查我就將你停權，不管你有沒有違反學術倫理，就停權個 3 年、5 年，看你要不要配合調查。可是這種手段臺大完全沒有，那你叫臺大調查，又等著拿鞭子鞭打我們的報告，這算什麼呢！事實上我對醫學院是非常的同情，我們只針對 NCB 這篇就已經非常困難，他們要面對那麼多篇，你給他幾個月的時間，2 個月嗎？3 個月？半年嗎？美國 ORI 的經驗，完成單一篇論文完整的調查就需要半年的時間。很多事情值得反省，我承認某些程度上我也贊同那位委員的話，臺大查臺大可能很難查，但很難查不是因為我們要去掩蓋，掩蓋反而是我們最受傷的事情、臺灣的學術界最受傷的事情。可是實務上，包括調查手段跟方法，我們沒有任何公權力，像是去查封人家的實驗室，我們哪來的公權力。所以要讓檢調進來，讓有公權力的進來，專業學術部分我們可以協助。蔡：最後有沒有什麼是您想要再補充讓大眾知道的？閔：我只是想跟大眾講這件事情對臺大、對學術界傷害很重，我相信絕大部分臺大人不會想要去掩護這件事情；絕大部分的人，包括老師、學生都想讓事情真相大白，還給我們一個乾淨的學術環境。生科院是非常努力地做，但我們的人力不足，希望外界能夠給我們多一點的時間。當然我結束代理院長之後，已經不會再參與調查了，但是如果以後生科院還必需繼續調查的話，我希望外界多給些時間給臺大，因為依我的經驗，一方面要縮短時間，一方面又要非常深入、精準的調查，那是不太可能的事情。那些外界對我們不滿的地方，不是我們不願意做，是我們能力與手段有限，希望大家可以諒解。【附註】閔明源教授於 2017 年 3 月 3 日來函，就受訪內容附加說明如下:「生科院調查委員會於第三次會議決議，邀請郭明良於第四次會議時親自到場說明，但郭表明有事不刻前來；但於第五次會議有到場。」 | science |
從2016生技產業白皮書 看臺灣生物技術產業前瞻與願景 | 經濟部每年發佈的「生技產業白皮書」, 其內容描述政府對生物科技產業的規劃與執行方向，並揭露最新全球與臺灣生物科技產業的統計資料，儘管篇幅高達 400 多頁，但卻相當值得讀者參考。在這本白皮書裡，政策的延續性與資源投入的脈絡相當清晰，清楚揭示政府已將生技產業列為未來國家發展的五大創新產業項目之一。生技產業有高知識密集、高報酬、中度風險及產品週期長的特性。其關鍵創新要素分成三層，第一層是學研基礎研發能量，第二層是資金與硬體試驗設施，第三層是人才培育與法規環境。剛好這三層關鍵因子都在經歷政策資源持續投入之後，即將開花結果。從 2016 年生技產業白皮書裡可以看出，2016 年是技術商業化的關鍵一年，藉由政府資源在上游學研界的不斷補助，橋接商業化的培育機制，最後與業界資源接軌，達成技術商品化的目標。行政院並在 2016 年推出 「臺灣生物經濟產業發展方案」, 作為下一階段臺灣發展生物技術產業的政策依據。展望今年度的遠景，對製藥產業而言，推動臺灣自主研發國際級新藥是最重要的目標。對醫療器材產業而言，推動高附加價值之醫療器材進入國際市場及推行醫材服務驗證平台是最重要的目標。對健康照護產業而言，推行 ICT 結合健康照護及推行健康促進建構完整的個人健康履歷制度是最重要的目標。就食品產業而言，提升食品安全能量及發展臺灣特色產品是最重要的目標。就農業產業而言，以強化全球競爭力之農業生技為發展重點。全球藥品市場介紹：根據 IMS Health 報告顯示，2014 年全球藥品市場銷售額正式突破一兆美元，比起 2013 年成長 8.4%, 其中北美市場佔全球市場銷售額的 38.4%, 比起 2013 年成長 11.8%, 更是驅動全球藥品市場成長的關鍵因素。此外，新興市場例如亞洲、非洲與澳洲，其平均成長率高達 9.1%, 拉丁美洲市場的成長率更高達 11.7%, 更顯示出這些地區對於藥品的需求日益增加。如果依藥品銷售領域來看，第一名為癌症用藥，2015 年的銷售額達到 789.39 億美元。第二名為降血糖用藥，銷售額高達 714.71 億美元。第三名為疼痛疾病用藥，銷售額有 561.91 億美元。值得一提的是拜治療 C 型肝炎新藥 Harvoni 銷售額大增的影響，病毒型肝炎用藥的整體成長率高達 84%, 為銷售額成長率的冠軍，後勢看好。如果依藥品單項來看，2015 全球有兩大藥品的銷售額超過 100 億美元，分別是 Humira 及 Harvoni, 前者是用來治療類風濕性關節炎，後者是用來治療 C 型肝炎的複方用藥，且可以用在合併 HIV 感染的治療。值得一提的是 Humira 是生技藥品，Harvoni 是小分子藥品，兩者分別在藥品業擁有亮麗的銷售成果。根據 FDA 的統計顯示，2015 年共核准 45 個新藥上市，其中 33 個屬於小分子新藥，12 個屬於生技藥品，核准新藥的數量更是創下自 1997 年以來的新高。仔細分析這些新藥，其中有 41% 為新製造方式、新劑型佔 30%、新複方佔 16%, 至於新化學成分則佔 9%。此外，2015 年全球前五大製藥公司分別為 Pfizer、Novartis、Roche、Merck、Sanofi, 其銷售額分別為 431.12 億美元、424.67 億美元、387.33 億美元、352.44 億美元及 348.96 億美元，其研發經費佔銷售額分別為 17.8%、19.9%、21.8%、18.8% 及 16.2%, 這些驚人的研發預算更是跨國企業競爭力的來源。其中生技藥品對於癌症及自體免疫等重大疾病療效較小分子藥物為佳，且副作用較小，已吸引眾多廠商投入，惟其成本仍居高不下，成為極待克服的因素。預期 2015 年生技藥品的市場規模為 1830 億美元。這類藥品又分成兩大類，其一是單株抗體，另一類是重組蛋白藥。以 2015 年 FDA 核准的 12 項生技藥品為例，單株抗體佔其中的 9 項，其中 7 項更屬於 First-in-Class, 顯示單株藥品的高度特異性與敏感性已成為生技藥品的主力發展品項。另外值得一提的新興領域為癌症免疫療法，此法欲藉由免疫系統的活化去殺死特定的癌細胞，但這個領域最大的困難在於如何在體外有效活化自體免疫細胞，並大量被製造去攻擊特定的癌細胞。全球學名藥市場介紹：學名藥在用途、劑型、安全性、療效、品質、藥效特性與給藥途徑應該與專利藥相同或具有生物相等性。但與專利藥不同的是，學名藥需在專利藥的專利過期或取得原開發廠的授權後，始得上市販售。根據 EvaluatePharma 的統計，2014 年全球學名藥市場規模約為 742 億美元，比 2013 年成長 7%, 其中美國是最大市場。全球生物相似藥市場介紹：根據 Global Business Intelligence 的統計，2015 年生物相似藥的市場規模約有 200 億美元。而大部分最重要的生技藥品例如 Humira、Remicade、Enbrel、Rituxan、Lantus、Avastin、Herceptin、Lucentis 等專利都將陸續於 2015~2020 年到期，這對於生物相似藥的發展是一個很大的契機。全球醫療器材市場介紹：2015 年前十大醫療器材市場分別是美國、日本、德國、中國、法國、英國、義大利、加拿大、韓國及巴西。根據 BMI Espicom 的統計，2015 年醫療器材的市場規模約有 3239 億美元，而先進國家逐漸邁入高齡化則提供醫療器材市場未來的成長動力。美洲市場依然是醫療器材最主要的銷售地區，佔全球市場的 48.8%; 再來是西歐市場，佔全球市場的 23.8%, 其次才是亞太市場，佔全球市場的 20.2%。另一個值得關注的後起之秀是東南亞國協，其中最重要的三個國家分別是馬來西亞、泰國及印尼，預估 2014~2017 年複合成長率分別是 8.0%、11.5% 及 15.25%, 後勢看好。臺灣生技市場介紹：根據經濟部統計，2015 年臺灣生技產業營業額為 2986 億新臺幣，其中醫療器材產業營業額為 1330 億新臺幣，應用生技產業營業額為 884 億新臺幣，製藥產業營業額為 772 億新臺幣。2015 年整體出口值為 1177 億新臺幣，進口值為 2241 億新臺幣，預估國內整體需求為 4050 億新臺幣，佔全球生技市場約為 1%。綜觀以上分析，儘管製藥業的營業額最少，且營收很高比例都來自於學名藥之代工，但因國內生技新藥的研發正陸續進入臨床試驗，儘管現在只有研發與試驗尚未有營收，但長遠來看，新藥族群先蹲後跳的爆發力極為驚人，新藥公司一旦通過臨床二期之試驗，就有機會達成市值百億美金的夢想。生技政策大概是臺灣這幾年最不受政黨輪替影響的產業政策，有其一貫的脈絡思維，也有一批享譽國際的海內外專家學者，以無私的態度共同擘劃臺灣生技產業的未來，相當值得讚許。環顧歷史，行政院於 1995 年公布「加強生物技術產業推動方案」, 決心進行法規增修，強化研發能量及完善技轉機制，這是第一次政府有系統的以政策推動生物科技產業的發展。接著又在 2009 年推出「臺灣生技起飛鑽石行動方案」, 以法人接棒的概念，強化藥品轉譯研究及醫材雛型品商品化，吸引民間資金挹注生技產業，在這個階段還有個重要的政策措施就是完善許多生技園區並成立育成整合中心，將軟硬體設備升級至國際化的水準，以銜接後續開發的需求。2012 年行政院將鑽石行動方案給予增修，並公布「臺灣生技產業起飛行動方案」, 將重點擺在調整部會細緻分工，持續強化人才培訓，成立政府與民間合資的生技創投基金 BVC 以及推動醫療管理服務業，並以超級育成中心 SIIC 為整體方案之服務平台，將臺灣生技的未來擺在藥品、醫療器材及醫療管理服務等三大領域。最後，2016 年行政院推出「臺灣生物經濟產業發展方案」, 期待能為下一階段的生物技術產業進行政策定調。在這個階段，行政院將生物經濟的範疇擴大到涵蓋健康、工業與農業三大領域，並成立 5 個工作小組進行業務推動與跨部會協調，分別是製藥及其服務業、醫療器材及其服務業、健康照護產業、食品產業及農業。最後希望藉由政策的持續推動，能將生技產值擴大，創造更多的就業機會，藉以嘉惠更多的民眾。臺灣生技產業發展軌跡與日本及韓國相似，策略上都先充實基礎研發能量，再談研發成果的擴散，最後再形成產業化。就發展優勢來說，我們有豐富的大學人力資源庫，並因地利之便，可以專注研究華人地區特有的疾病。此外，我們有非常健全的醫療體系與臨床試驗能量，可以執行多國多中心的試驗案。還有一批海外高階人才陸續歸國創業，可以提供接軌歐美市場運作的寶貴經驗。同時我們的藥物審查法規與時效已跟歐美國家接近，具備新藥開發的審查經驗。醫藥品的生產製造法規目前皆與國際接軌，完全符合 PIC/S GMP 的規範。若以 SWOT 剖析臺灣生技產業的優劣勢，就發展劣勢來說，相關上游學研界的研究選題仍未能充分滿足業界的需求，且國內生技公司多為中小型企業，無法支撐龐大的研發經費，即便是技轉之後，仍需要與學研界保持密切的合作，才有辦法往前邁進。此外，缺乏國際級的管理與行銷人才，無法將產業的品牌及智財效益發揮到最大，那些具有跨領域實務經驗的高端人才更是鳳毛麟角，沒有這些人才的投入，技術商業化的隔閡就無法有效突破。但臺灣也不是沒有機會，我們的機會在於全球先進國家高齡化的現象來臨，新興市場對於健康概念及優質生技產品的需求陸續增加，委託製造的需求增加，以及後續本土自行開發的新藥將陸續進入臨床試驗，在試驗解盲之後有機會在全球生技市場佔有一席之地。就發展威脅來說，生技產業的發展關鍵在人才，人才的流動是無國界的，尤其是高端人才更是稀有，這部分因為臺灣國際化不足，稅制設計不友善，對吸引國際級高階人才的誘因不足。平心而論，到目前為止，我們培育的都是中低階的生技研發人員，況且術業有專攻，即便是學研界的頂尖研發人員都很難在技術商品化的過程裡有所著墨。因此，適時將研發成果交棒給具備國際歷練與全球視野的人才來做商業化的規畫，才能有效串聯產業的價值鏈，提高臺灣生技產業的競爭力。此外，我們擁有的發展機會，其它國家也都具備，因此接下來如何完善基礎生活設施，藉由提供較好的條件，吸引國際人才願意來臺服務與促進國際交流，並提升國內研發與管理水平，臺灣才有機會在這場國際競爭中脫穎而出。2016 年是臺灣生技產業發展很重要的一年，政府正研擬政策四箭來解決產業發展的障礙。第一箭是擬修改生技新藥發展條例，放寬「高風險醫療器材」的認定範圍，原本「高風險醫療器材」被侷限於植入或置入人體內屬第三等級的醫療器材，未來「高風險醫療器材」將放寬為「屬第三等級的醫療器材」或「經臨床試驗核准的第二等級的醫療器材」, 範圍更大。放寬後，將有更多的公司可適用租稅優惠，提高研發參與的意願，也有助於生技公司以科技事業核准函的方式取得進入資本市場的門票。第二箭是擬修改科學技術基本法，放寬技轉兼職規定，讓公立研究單位人員及公立學校兼行政職教師可以擔任公司董事，實質上參與公司的經營。第三箭是放寬股票處分限制。目前公立研究單位及學校研發成果取得的股票，視同國有財產，不能任意處分，未來將排除限制，可以處分，增加新創技轉時學校收取股票當授權金的意願。第四箭是擬修改產業創新條例，將技術入股緩課稅規定的適用對象，增列「創作人」, 讓參與研究的學校教師也可適用，提高教師創業取得技術股的意願。當我們真正理解一個產業關於創新與突破的核心要素時，才能以資源驅動它，進而對症下藥，才能擺脫口號式的管理。一旦產業發展的障礙都被排除了，則後續的開花結果就能水到渠成。 | science |
生質航空燃油的發展與規範 | 自從萊特兄弟於 1903 年的「飛行者」試飛成功以來，飛機已經成為現今人類社會中不可或缺的交通工具，然而蓬勃的飛航運輸亦消耗大量的化石燃料，可能使現已逐漸惡化的溫室效應更加嚴重。以 2015 年為例，全球航空業光是主要燃料 Jet A-1 燃油，全年共消耗了 15 億桶、碳排量 7.8 億公噸，約占全球總碳排量的 2%。為減少航空業的碳排放對環境的衝擊，近 10 年來各國已有許多民間及軍方機構著手進行生質航空燃油的相關研發，希望部分或完全取代自化石燃料的消耗，目前已有部分航線的民航客機測試實際使用生質航空燃油以進行整體應用評估。本文主要介紹生質航空燃油的發展歷史，以及整理現有的燃油生產規範及相關技術之現況，提供相關領域研究者做為未來研究方向之參考。生質航空燃油的歷史最早可追溯至二次大戰期間，英國、德國及日本等國因戰爭缺乏石油供給，故改採費托製程 (Fischer-Tropsch Process) 從煤炭合成汽油，或是利用馬鈴薯或穀物等生質物醱酵生質酒精與汽油混摻，以維持戰機燃料的需求。日本在 1944 年於臺灣新竹興建的「海軍第六燃料廠新竹支廠」, 就是以天然氣合成或糖蜜醱酵生產丁醇，再經由觸媒及加氫程序生產航空燃料異辛烷，為臺灣生質燃料發展之始。1939 年德國飛機製造商亨克爾 (Heinkel) 研發出人類史上第一架成功試飛的渦輪噴射機，型號命名為 He 178, 讓噴射引擎逐漸成為航空業的主流核心。噴射引擎的航空燃油需求與活塞引擎需求不同，活塞引擎使用低閃火點的航空汽油以利點火，所謂閃火點指可燃性物質揮發後發生閃爍起火的溫度。而噴射引擎的航空燃油需有高閃火點與高熱值特性，所謂熱值指物質燃燒為穩定氧化物所釋放的能量。煤油類 (Kerosene) 或石腦油類 (Naphtha) 的特性可符合噴射引擎需求，提供足夠的能量密度及維持運輸時的安全性。1959 年美國材料試驗協會 (ASTM) 訂定 ASTM D1655 規範，提供現今主流的純煤油噴射燃料 Jet A-1 的規格標準 (表一), 目前全球大多參考 ASTM D1655 訂定噴射燃料的規範做為生產 Jet A-1 燃料的標準，包括我國經濟部標準檢驗局的 CNS 2558。 21 世紀初，全球暖化與能源永續成為各國關注的環保議題，除了全世界開始有課徵碳稅的呼聲，燃料成本占航空公司的營運成本比例也隨著石油價格不斷攀高。譬如 1990 年代僅 10~15%, 到 2014 年已攀升到 30%, 基於能源價格波動及永續發展的考量，使得生質航空燃油的研究成為熱潮，各國的民航機和軍方戰機開始測試在燃料中混摻生質航空燃油，希望減少石油依賴性外亦有減少碳排的優勢。2007 年綠色飛行國際公司 (Green Flight International) 在美國雷諾史提德機場，首次以 100% 生質燃料試飛 Aero L-29 Delfín 型飛機 (如圖二), 成為生質燃料應用於航空燃料的里程碑。2008~2010 年間，維珍航空、紐西蘭航空、美國大陸航空及日本航空等民航業者，陸續以波音 737 或 747 客機加入混摻 20~50 vol.% 生質燃料的 Jet A 或 Jet A-1 試飛，料源包含椰子油、痲瘋樹油、亞麻油及藻油等生質物，在 2012 年加拿大航空完成的 Dassault Falcon 20 飛行測試甚至使用 100% 生質航空燃油。在這些試飛紀錄中，結果顯示添加生質航空燃油的引擎無須先進行特殊改造，飛行性能亦無受到嚴重影響，且排氣較現有的化石燃料乾淨，其中微粒和黑碳排放量更分別減少 25% 和 49%。2010 年起各國軍方亦開始試用生質航空燃油於航空兵器上，如美國海軍首先以 F/A-18 黃蜂式戰鬥攻擊機加入混摻 50 vol.% 生質燃料的 JP-5, 荷蘭皇家空軍亦於同年測試 AH-64 阿帕契直升機燃料中混摻 50 vol.% 之生質燃料進行飛行測試。基於上述試飛結果的良好性能表現結果，2011 年起生質航空燃油開始有實際應用於各國的商業航班。2011 年 6 月，荷蘭皇家航空為全球首家以混摻 50 vol.% 生質燃料之航班運輸乘客的航空公司，當時的波音 737 客機上搭載 171 名旅客從阿姆斯特丹飛往巴黎。2011 年 11 月，墨西哥國際航空為首家以混摻生質燃料的波音 777 客機橫跨大西洋，乘載旅客從墨西哥城飛往馬德里。目前商業航班使用的生質航空燃油混摻比例為 40~50 vol.%, 雖然測試已證明民航客機能以生質航空燃油完全替代 Jet A-1, 但截至 2016 年為止尚無商業航班實際使用 100% 生質航空燃油的消息。有關生質航空燃油與合成航空燃料的產品規格，是從 2008 年開始陸續訂定相關的新燃料規範，使其成為可添加於飛行器的航空燃料。最早取得認可的是南非 Sasol 公司以煤炭為原料，經費托製程 (以含 CO 及 H2 之合成氣催化產製液態烴的技術) 合成的異構烷航空煤油 (Isoparaffinic Kerosene, IPK), 美國材料試驗協會於 2008 年經 Committee D02 會議後，認可 Sasol 的合成燃油可 100% 完全替代傳統自石油生產的航空燃油，並符合 ASTM D1655 之規範。2009 年，美國材料試驗協會發布 ASTM D7566, 將各類的生質航空燃油整合成同一規範下管理，目的是確保這些替代性航空燃油產品能符合飛航、運輸及保存的安全性，使飛機添加各類生質航空燃油後並不影響其性能表現，而目前規範中最高混摻比例為 50 vol.%。此外，ASTM D7566 也聲明規範下所生產及認證的航空燃油，均視為符合 D1655 規範之燃油，或同等性質之產品，這有助於現有 D1655 燃油製程與新 D7566 燃油製程無縫接軌，可減少改裝生產設備所需的門檻。任何生質航空燃油技術需經 ASTM D7566 的 5 道關卡的審查，才有機會納入規範並進行商業販售，審查工作包含燃料生產者的研究報告、引擎及飛機製造者的研究報告、納入製造商回饋的最終報告、ASTM 對最終報告的投票審查及加入 D7566 規格特性的投票審查。目前通過 ASTM D7566 認可的生質航空燃油生產技術共 5 項：包括 FT-SPK (費托–合成煤油)、HEFA (加氫處理酯類及脂肪酸)、SIP (合成異構煤油)、ATJ-SPK (醇轉化合成煤油)、FT-SKA (費托–含芳香族合成煤油)。另有 16 項技術申請審查中，整理如表三資料所示。由於芳香族於生質航空燃油中可幫助燃油系統的密封元件膨脹，以避免燃油從系統中洩漏，所以審查結果會依照產品中芳香族含量，決定與傳統燃油 (芳香族含量接近 25 vol.%) 的最高混摻比例，通常以 50 vol.% 為上限，部分芳香族含量不足的產品則會下修混摻比例至 10~30 vol.%。燃料中碳數範圍及含氧量則關係到熱值的高寡，故表三中的技術大致上均包含裂解、寡聚化或氫化等技術，使生質料源經反應後轉化為可供引擎使用之燃料。表三中，奠基於費托製程的 FT-SPK 和 FT-SKA, 均為多料源的生產技術，可採用煤炭或天然氣等化石燃料，亦可使用同為碳源的生質料源為進料。料源首先會氣化為合成氣 (Synthesis Gas), 再利用觸媒轉化為 C3~C4 之烯烴，接續以寡聚化及氫化合成航空燃油。FT-SKA 為 FT-SPK 的改良版製程，差別在於 FT-SKA 是將費托製程中生成的石油蠟加氫裂解，或是將苯進行烷基化反應，生成高芳香族含量的 FT-SKA 燃料，於 2016 年剛通過 ASTM D7566 的審查，有機會成為第一種可供應 100% 生質航空燃油的技術。 ATJ-SPK 類似於前述的費托製程技術，差別在於烯烴的來源不是合成氣，而是以醣類醱酵產出的乙醇或丁醇經脫水後生成，接續以寡聚化及氫化產製航空燃油。此技術的優勢在於可直接應用於已有生質酒精工廠之地區，譬如盛產玉米與蔗糖的美國與巴西。HEFA 與 CH (水熱催化) 均以植物油、動物油或廢食用油為原料。HEFA 將油品置於觸媒反應器中加氫反應，生成航空燃油及其它碳氫化合物。CH 將油品水解於超臨界水 (高溫高壓、介於氣液之間的物質狀態) 中催化反應，產品性質與輕原油 (Light Crude Oil) 相近，組成為柴油、煤油、石腦油及液化石油氣的混合物，經分餾分離個別產品後可做為生質航空燃油使用。HDO-SK (加氫脫氧合成煤油)、HDO-SAK (加氫脫氧芳香煤油) 及 HDCJ (加氫解聚纖維素燃油) 技術，則是直接使用醣類、澱粉或纖維素為進料，經過加氫脫氧將醣類轉製為生質航空燃油。然而 HDO-SK 及 HDO-SAK 之技術瓶頸在於醣類原料成本較高，即便是相對便宜的纖維素，也需要額外的前處理製程生產水解醣後才可使用，故纖維素水解產醣技術為邁向商業化應用的關鍵。HDCJ 是直接將醣類原料加氫高溫解聚為液態產品，可直接獲得芳香族含量高的生質航空燃油，未來可與其它低芳香族含量的生質航空燃油混摻，提供 100% 無化石燃料之航空燃油。承蒙經濟部能源局支持「永續生質能源關鍵技術研發計畫」, 本單位 (生質熱電研究室) 主要研究領域為利用農林資材及廢棄物產製燃料、熱能及電力之技術，已開發技術包含「生質物裂解產油技術」及「木質纖維素解聚技術」。「生質物裂解產油技術」是將農林資材在常壓、高溫及缺氧的環境下裂解，使木質纖維素可產出生質油及生質焦炭。生質油可應用於鍋爐燃料，或是進一步油品改質後製造車用油品及化學品，生質焦炭則可做為土壤改質劑，應用於農業領域。「木質纖維素解聚技術」是生質液態燃料的關鍵料源技術，本技術不同於常見的生物酶解聚，是以化學法解聚農林資材的木質纖維素，產製富含單醣的醣類產品，醣類可提供後續醱酵或化學製程生產生質燃料 (如生質乙醇或生質丁醇), 可避免過去生質燃料使用糧食作物做為料源，而產生與人爭糧的負面影響。生質航空燃油的商業化發展不超過 10 年時間，但已漸漸成為各國航空業減少碳排的替代性選擇，可做為未來能源價格攀升或石油蘊藏量短缺時的儲備方案。部分生質航空燃油技術的產品含有較少的芳香族成分，若需達成燃油料源無化石燃料 (石油、煤炭或天然氣) 的目標，還需搭配其它芳香族含量高的生質航空燃油混摻，故不需額外添加芳香族的 FT-SKA、HDO-SAK 及 HDCJ 等技術的發展值得進一步關注。相較於目前自石油生產的 Jet A-1 價格 (美金 $0.39/L,IATA 資料，2016 年 10 月), 生質航空燃油的生產成本仍然偏高 (美金 $2.3~15.6/L), 但如完全倚賴原油產業價格起伏大的特性也非長遠策略，故未來研究方向除了降低技術本身的成本之外，也需考量不同地區應採取何種生質料源的種植、運輸及前處理策略，以搭配現有的石油化學工廠、生質燃料工廠進行最小限度的設備擴增，可進一步拉近與化石燃料的價格差距並短時間提升在市場上的競爭力。延伸閱讀：1. 關於生質航空燃油之發展、規範與技術之延伸閱讀，可參閱國際民航組織 (http://www.icao.int)、國際航空協會 (http://www.iata.org)、航空運輸行動組織 (http://www.atag.org) 之公開資料。2. H.F.A. Elhaj and A. Lang, The Worldwide Production of Bio-Jet Fuels - The Current Developments Regarding Technologies and Feedstocks, and Innovative New R&D Developments, Technical Repor, 2014.3. T. Radich, The Flight Paths for Biojet Fuel, Independent Statistics & Analysis, U.S. Energy Information Administration. 2015. | science |
瘧原蟲引發特殊氣味 吸引蚊子吸食 | 【本刊訊】瘧疾是一種單細胞虐原蟲透過寄主在蚊子，再藉由帶有瘧蚊蟲的蚊子的叮咬來傳播並感染人類或其他動物的疾病，瘧原蟲會隨著血液流動至肝細胞發育與繁殖，並造成人體發燒、頭痛、嘔吐甚至嚴重會導致死亡等症狀。為什麼蚊子會傾向攜帶有瘧疾生物的血、造成短時間快速地傳染？近期斯德哥爾摩大學 (Stockholm University)、瑞典農業科學大學 (Swedish University of Agricultural Sciences) 與皇家工學院 (KTH Royal Institute of Technology) 的科學家發現蚊子較喜歡吸食帶有瘧疾的血液，原因是在於氣味上的改變。研究發現，帶有瘧疾病原蟲的血液中會帶有一種分子，稱作「HMBPP ((E)-4-Hydroxy-3-methyl-but-2-enyl pyrophosphate)」, 此物質是由虐原蟲所產生，會刺激生物體內的紅血球細胞釋放出更多的二氧化碳和揮發性化合物，使蚊子對其味道不可抗拒進而吸食。此研究利用了 Y 型管進行實驗，管子的一邊為一般正常人類血液，另一邊為帶有瘧疾物質的血液，在試驗了上百隻的蚊子中，高達 95% 的蚊子傾向吸食帶有瘧疾物質的血液。進一步更發現這些蚊子在吸食帶有瘧疾的血液後，即使是帶有濃度非常低的 HMBPP 血液都會被吸引而大量的吸食。而被這些血液吸引後的瘧疾蚊，會吸收更多帶有瘧疾的血，導致體內會存在更多的虐原蟲，科學家表示這些額外吸收的血液會被用來餵養更多的病原蟲，因為除了瘧原蟲需要 HMBPP 物質才能生長之外，蚊子與人類本身都不需要，而這個循環也將使得瘧疾傳播能夠更加快速。而現今，有效阻止瘧疾的方法為透過殺蟲劑、蚊帳與服用抗生素青蒿素等，然而目前所使用的殺蟲劑與抗生素有些已開始產生抗藥性，對於消滅瘧疾的效果有限。因此，必須不斷開發新藥物以遏止瘧疾的發生。而這項發現有將有助於消滅帶有瘧原蟲的蚊子，科學家認為雖然在野外的環境下也受環境溫度、濕度等因素影響，但是未來或許可以透過合成此氣味來吸引瘧疾蚊，蒐集並一起消滅掉。Stockholm University, Why malaria mosquitoes like people with malaria, 2017/2/9。 | science |
電腦認知計算能力能有效診斷早期青光眼 | 【本刊訊】青光眼是一種因眼睛神經慢慢受破壞而導致逐漸失明的疾病，為常見導致失明的眼疾之一。雖然疾病的進展十分緩慢，但會慢慢地破壞患者視力，一開始會先由患者的側邊視力開始模糊、退化，隨著時間的推移下，視力範圍逐漸變窄，到最後連中心視力也受損，產生在後期眼睛視力不可逆的退化與失明。主要的早期治療方式有藥物、雷射或手術等。然而，青光眼在前期由於從視力外側周圍開始，因此一般人並不會很快地察覺到，而錯失了治療的黃金時期。根據數據統計，有 50% 的病例並沒有及時被發現，患者在不知情的情況下逐漸失去他們的視力。然而，及早發現所面臨的挑戰在於除了能夠識別視網膜圖像細微改變的專業臨床醫生有限外，對於偏遠地區患者而言也難以至大醫院進行精密檢查。有鑑於此，若能透過早期檢測發現不僅能夠保有最佳治療的關鍵期，也對於患者往後的生活產生重要的影響。因此，IBM 實驗室透過華森認知電腦 (Watson Cognitive Computer) 的計算能力，透過眼睛的醫學成像分析，分析眼部影像中的視網膜圖像來檢測並辨識各類眼睛疾病。且自 2015 年以來，IBM 實驗室已經透過此方法分析了 88000 個視網膜圖像並提供眼睛相關疾病的檢測臨床結果。透過眼部解剖結構的影像規則，辨別其可能的早期眼部異常。這項研究宣布了分析結果，結果發現電腦能夠透過測量兩眼間的視盤 (optic disc) 與視杯 (optic cup) 距離比例來推測是否罹患青光眼，並判斷是否需要進行進一步的青光眼檢查。此外，在青光眼分析上，另一個重要的指標為在視網膜圖像中辨別從左到右的能力，而在這項分析上則有 94% 的信心水準。透過此研究的幫助下，對於眼睛早期發現與治療上有很大的幫助，也能夠大幅減少因青光眼後期大量的開刀手術。除此之外，這項技術也提供更多臨床分析研究給醫生，給予他們更多的臨床資訊，提供更多專一性的治療與個人眼部管理建議。研究人員也表示未來將繼續提升視網膜圖像的醫學成像分析，也不侷限在青光眼的檢測，將包括了更廣泛範圍的眼部疾病如糖尿病視網膜病變、白內障和與年齡相關的黃斑部病變。希望能夠透過電腦的分析，讓患者能夠有健康的眼睛、更加清晰的視力。透過電腦分析醫學影像讓人們擁有更好的生活。IBM Research, Watson’s detective work could help stop the “silent thief of sight”, 2017/2/20. | science |
CRISPR/Cas9技術專利權的戰爭 | 【本刊訊】CRISPR/Cas9 系統為一種基因剪輯技術，能夠對生物的 DNA 序列進行修改、切斷等改變，而此系統最大的優點在於操作容易，因此在應用上廣泛且可使用在各種不同模式生物上，對於未來的研究有很大的幫助。而此系統最早在 2012 年由加州大學伯克利分校 (University of California, Berkeley) 杜德納 (Jennifer Doudna) 與其合作者卡彭蒂耶 (Emmanuelle Charpentier) 發表在 Science 期刊當中，提出了這項技術能夠在試管中精準的切割、修改 DNA。而相關的研究則在 2013 年由麻省理工學院 (Massachusetts Institute of Technology) 張鋒研究團隊發表，透過運用 CRISPR/Cas9 技術實際應用在動、植物等真核細胞當中 。而兩團隊卻為了 CRISPR/Cas9 的專利權而爭鬧不休，CRISPR/Cas9 系統因本身為自然界生物系統而不能申請專利，可申請的是 CRISPR 基因編輯技術和相關方法。於 2013 年 3 月，杜德納申請了 CRISPR/Cas9 技術的專利，此專利不限定在原核或真核細胞中使用此技術。而在 7 個月後，張鋒團隊也申請了在真核細胞中使用 CRISPR/Cas9 技術相關專利，並使用了優先審查服務 (track one), 快速的在 2014 年 4 月獲得專利。此結果立刻引發杜德納團隊不滿，要求撤回張鋒團隊其專利。CRISPR/Cas9 技術的專利權戰爭也就此展開。雙方為此專利準備了大量資料並由美國專利商標局 (United States Patent and Trademark Office, USPTO) 法官透過書面資料、電話往來與相關辯論中進行判斷此專利的歸屬。而在最近，專利商標局的判決出爐，認定張鋒團隊所申請的專利能夠持續擁有，原因在於在張鋒之前，沒有人能夠證明 CRISPR/Cas9 技術能運用在真核細胞當中，與另一團隊所申請的並不衝突，因此張鋒所提出的專利得以通過並保留。而在這項判決中，專利商標局沒有取消任何一方所申請的專利權，由杜德納在 2013 年 3 月所提出的專利申請也將繼續進行，專利商標局認為兩方所申請的專利有所差別，在不重疊與衝突的情況下，杜德納一方的專利申請與張鋒的專利擁有權都可持續進行與保留。在這個判決出爐後，杜德納所屬的加州大學柏克萊分校還是強調了杜德納與卡彭蒂耶才是 CRISPR/Cas9 基因技術的第一發明人，並可能將持續進行上訴的動作。MIT technology review, Patent Office Hands Win in CRISPR Battle to Broad Institute, 2017/2/15. | science |
IBM首次製成三角有機分子 預計應用於量子電腦 | 【本刊訊】捷克有機化學家克拉 (Erich Clar) 曾在 1953 年預言一種化學式為 C22H12 的三角形有機分子，名稱為「triangulene」。這種分子結構為單原子層，由六個環組合成一個較大的三角形，而由於外圍的兩個碳原子仍有未配對的電子，會與周遭的物質反應，形成不穩定的結構。而由於分子不穩定的特性，科學家一直無法在實驗室中合成出來。而在 2017 年 2 月中，美國 IBM 公司研究團隊發布論文表示他們以與往常不同的方法在實驗室製出穩定的 triangulene。過去科學家投入嘗試讓分子互相反應，用以從原子建造成更巨大的分子結構，以合成的方式試圖製出。而此 IBM 研究團隊則創新的嘗試利用「刪去」方式，他們首先合成較大的分子 dihydrotriangulene 作為前體 (其與 triangulene 的差別在於多出的兩個電子與氫原子配對，分子結構穩定), 研究團隊在利用特殊探針，置於分子上方，使探針尖端放出電壓，誘導去除前體中的特定鍵結，成功移除兩個氫原子，得到 triangulene。在經過真空、低溫環境實驗後，此分子仍以穩定狀態存在。研究團隊還表示，他們發現 triangulene 能在金屬銅表面保持穩定四天的時間，此分子並不會與銅發生反應，雖原因未知、研究團隊還需更深入研究，但這代表 triangulene 具有相當大的應用潛力。根據 IBM 新聞稿表示，這些不成對的電子具自旋特性，因此會使分子產生磁場，預計將用於奈米材料中，對於量子電腦的發展也將有所影響，未來將探索商業化的可能性。論文第一作者帕弗立克 (Niko Pavliček) 表示，這是一項具挑戰性的分子製成任務，因為他具有高反應性，另外他還具有磁性，我覺得相當有趣。Niko Pavliček et al., Synthesis and characterization of triangulene, Nature Nanotechnology, 2017. | science |
找到馬祖「藍眼淚」現象 並著手進行人工培育 | 【本刊訊】「藍眼淚」是在馬祖沿岸的海面上會發出夢幻的藍光，使每年 4 月開始都會掀起一股觀光客和攝影玩家爭相拍攝、為之瘋狂的現象。而藍眼淚是什麼？是什麼生物的顏色？為什麼會發光？一直以來都是生態學家亟欲想知道的事，而現在，國立臺灣海洋大學研究團隊透過單離培養的技術，發現導致藍眼淚現象的生物就是「夜光蟲」。過去「藍眼淚」現象被認為是藻類或蟲類所造成，候選生物有夜光藻、渦鞭毛藻、介形蟲或夜光蟲等......。因此，海洋大學為了更加深入了解藍眼淚，在馬祖進行了每日採樣，研究團隊在馬祖介壽澳口區域進行採集後，再利用單離培養發現此螢光生物是夜光蟲。除了透過單離技術外，在馬祖福澳港與介壽澳口周遭海域利用浮游生物網進行大規模樣本採集，並萃取出小於 20 微米的所有微生物的核醣核酸 (RNA), 利用次世代定序技術將不同螢光素氧化酶 (luciferase) 定序出來，發現高達 85.1%~97.2% 的螢光序列為夜光蟲所有，這也再次證實馬祖的藍眼淚現象為夜光蟲所造成。海大研究團隊在進行每日採樣的過程中，發現「藍眼淚」的出現可能與環境因子有關。通常藍眼淚的「淚況」最佳時期，大約都發生在植物性浮游生物快速成長藻華期間，特別在藻華結束時夜光蟲的數量會達到最高值，濃度高達每公升海水超過 300 隻。初步證實夜光蟲大量出現為植物性浮游生物所誘發，為一自然界微生物食物網循環所造成的物種交替現象，並非海域汙染生物。未來研究團隊也將持續進行更深入的調查研究，找出影響「藍眼淚」出現的關鍵因素，同時可以預測適合觀賞「藍眼淚」的時節。也因為馬祖「藍眼淚」出現屬於一種自然現象，雖然美麗夢幻，吸引了許多人爭相目睹其風采，但也因「淚況」難以掌握，除了使觀光客撲空外，也成為馬祖發展觀光的瓶頸之一。有鑒於此，為了解決此一問題，海洋大學研究團隊從去年 7 月開始進行人工大量培養，目前在初步的培養上已經成功，此外，也突破技術瓶頸，開始著手於進行 20 公升的水體長期養殖，期望未來能達到更高的養殖容積，已達展覽標準，以促進馬祖觀光。除了持續深入對藍眼淚的研究與培育外，也會在馬祖建立藍眼淚培育與生態中心，未來將提供遊客參觀與實地接觸藍眼淚的機會，也讓研究團隊除了進行研究工作外，同時也可以對觀光客進行藍眼淚知識的傳播，讓更多人認識藍眼淚生態。海洋大學，海大大量人工繁殖夜光蟲重現馬祖藍眼淚，2017 年 2 月 23 日。 | science |
詹姆斯韋伯太空望遠鏡 將加入探索TRAPPIST-1星系行列 | 【本刊訊】美國航太總署 (NASA) 在 2017 年 2 月底發布新聞稿表示，距離地球約 40 光年處、名為 TRAPPIST-1 的紅矮星，擁有 7 顆行星圍繞，科學家推測其中 3 顆位於宜居帶，將深入研究行星上是否存有液態水。這 7 顆行星與 TRAPPIST-1 的距離，較太陽系中行星與太陽的距離近，且 7 顆行星彼此的距離也非常近。根據密度推測，TRAPPIST-1 的行星 b 至 g (由內而外 6 顆) 應該都是由岩石組成，而研究團隊認為第 7 顆行星是由冰氣組成，但還需進一步深入研究確認。根據 NASA 於 3 月 2 日的新聞稿表示，隨著這 7 顆行星的發現，預計在 2018 年發射的詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (James Webb Space Telescope) 將加入探索的行列。詹姆斯韋伯太空望遠鏡主要是利用光譜學，分析光的波長，進而得知大氣成分。科學家將會著重於尋找 TRAPPIST-1 星系行星上是否有臭氧與甲烷，以確認星球是否具有能提供生物生存環境。NASA 新聞稿表示，因臭氧能保護星球避免紫外線輻射，另外植物行光合作用的過程中，也會產生臭氧；科學家也會進而觀察甲烷是否存在於行星上，這是為了確認臭氧中氧的來源。NASA 系外行星探索計畫科學家哈金斯 (Doug Hudgins) 表示，詹姆斯韋伯太空望遠鏡主要會觀測這 7 顆行星的氣候資料，傳回地球供科學家研究，預計將解開這些星球表面氣候的秘密。NASA 戈達德太空飛行中心的博士後研究員威克福德 (Hannah Wakeford) 則表示，詹姆斯韋伯太空望遠鏡能觀察的波長覆蓋範圍較寬，我們將會透過光譜分析知道，在這幾顆星球上是否存有水、甲烷、一氧化碳、二氧化物和氧氣等。NASA, Probing Seven Worlds with NASA's James Webb Space Telescope, 2017/3/2. | science |
工研院智慧機械科技中心組長羅佐良專訪 | 本期《科技報導》邀請訪問「SpeedPro 優化製程軟體」團隊負責人、工研院智慧機械科技中心羅佐良組長，此軟體技術榮獲 2016 年全球百大科技研發獎 (2016 R&D 100 Awards)。SpeedPro 製程優化軟體能讓工具機聰明計算出最佳的加工參數與切削路徑，以達到加工最高效率。科技報導 (以下簡稱科): 什麼是工具機？羅佐良博士 (以下簡稱羅): 機械，有人說是工業之母，從天上的太空船到地上的手機，都需要加工，工具機就是生產各式各樣金屬零件的設備。每個金屬零件都需利用切割製造的方式做出來，本來這些零件都是一塊方形材料，利用工具機的切削加工，能做出渦輪葉片、汽缸、車鼓等不同形狀的工件。在過去，生產製造使用的工具機就是一個單純的「工具」。假如我們要做一個零件，我們得知道要從那裡去切、一次要切多少材料，依照經驗慢慢挖成想要的樣子，但往往無法找到最有效率的加工方式。舉例說，一個零件其實只要 2 小時就能做完，但因為對於刀具、物件受力狀況的資訊不足，很可能需要花了 10 小時才做出一個零件，導致零件加工的競爭力降低。如何讓工具機加工時間縮短，是目前產業界大家都想要知道的重點。日、德等國都有在生產工具機，人們會覺得加工品質比臺灣的好，但這個觀點是從工具機硬體結構去思考，與使用者的技術是否高超並無關聯。打個比方，就像你開一部高級跑車，你慢慢地開，速度可能就跟開一般轎車是一樣的；相對的，高級跑車有其特性，雖然速度快，但可能跑車爬山的性能就相對比較差。所以，如何了解每一個設備的特性，讓機器根據不同目的發揮最高效果，是非常重要的。因此，工具機與製造產業是綁在一起的，如果工具機可以根據不同產業的加工需要，聰明地調整加工速度，就可讓加工的競爭力大幅提高。科：您與您的團隊為什麼會投入這項研發？羅：臺灣的工具機產業其實前有強敵、下有追兵。前方的強敵包括日本、德國，後面的追兵就是韓國、大陸，臺灣的工具機產業被夾在中間，雖然出口數字亮眼，但獲利卻有持續提升的空間。記得某位電子廠商曾經告訴我，加工 iPhone 機殼，如果每件機殼能減少一秒鐘的生產時間，就能節省 600 萬的新臺幣支出。這讓我們在想，臺灣的工具機產業若要有所進展，或許能透過軟體改善，藉此提高加工效率與競爭力。科：臺灣工具機產業在硬體上有什麼限制，以致我們無法超越日本與德國？羅：這與臺灣工具機品牌形象有關。日本每年出口的工具機數量未必比臺灣來的多，一個月可能只產出幾台，但因為每台機器製造的時間比我們長很多，慢工出細活，讓他們可以很認真地像精品一樣生產一台機器，機器的價格自然就會高了，這種概念就像是高級跑車可以賣這麼貴，是因為它是手工的、是精品。相較之下，臺灣雖然做了很多工具機，但毛利低很多，臺灣還需要時間提升整體的品牌形象，等到有人願意用我們的設備，再來提高價格，才能把量縮下來、把品質做好。科：您的團隊曾與加拿大英屬哥倫比亞大學合作，有沒有心得可以與大家分享的？羅：民國 100 年時，工研院小鴻鵠計畫派我去英屬哥倫比亞大學，擔任客座研究員半年。我的專業是工具機 (機械設計), 那邊主要是在做切削數位分析，因此我試圖將兩個領域合在一起。在合作的過程中，我觀察到他們工作的工時並不會超過規定，下班就是下班、在研究時會非常認真研究，並且非常重視休閒，他們會把工作跟生活分得很清楚，玩與休息很重要，在心情放鬆的狀態下，工作的品質就會很好。臺灣人的工時比他們長多了，但是平均而言，他們的研究成果卻比臺灣好很多，我認為這是心態、文化問題，是需要慢慢被改善的。所以我回來之後，希望我們的團隊能吸收國外的文化，我也試著安排國外合作對象作為團隊的軟體開發計劃主持人，讓臺灣團隊在開發過程中學習國外文化與工作流程，執行了幾年效果都還不錯。科：SpeedPro 是什麼類型的軟體？羅：現在大家都在提工業 4.0, 其概念就是將軟體與硬體整合，提升各式各樣的效能。提高加工效能也是我們研發工具機技術的目標之一，從業者來看，就是縮短加工時間，用同樣的時間做出更多的零件、賺更多的錢。如果把 SpeedPro 製程優化軟體比喻成開車，就像開車子會遇到直線大道與蜿蜒山路，如果整條路你只能用一個速度開，駕駛者可以選擇直線大道時速度開得很快，但如此一來，在遇到山路轉彎時就會失速飛出去；相對的，如果駕駛者選擇用很慢的速度開，可能可以安全度過山路，卻拉長了整趟路程的開車時間。因此，最好的方式就是走直線的時候開快一點，轉彎的時候開慢一點，加工也是這樣，通常零件都是不規則形狀的，且是立體非平面的，所以有的時候切刀走直線、有時候轉彎，但受限於現有工具機加工技術，遇到直線與轉彎都只用一個速度加工。SpeedPro 就是把一條路的轉彎、直線都分析出來後，分成一段一段，哪一段該快、哪一段該慢，在可以快速加工的地方，讓機器發揮到極限；該慢的地方就慢下來保護機器與工件，在這樣調整之下，加工的時間就可大幅減少，同時也確保加工的品質。科：此軟體主要應用在什麼地方？羅：目前主要用在高端加工領域，像是航太零件、汽機車等；另外，腳踏車、3C 產品等領域也有投入測試。我們曾利用此軟體，成功協助客戶在實際加工時節省了一半的時間。該客戶做的是飛機引擎裡面的葉片，葉片都是非常薄的，一般會認為薄的零件要慢慢做，不然會彎曲變形，我們就是用軟體計算，讓機器用最快的速度加工出葉片，花費時間只有傳統的一半，零件成品也讓客戶相當滿意。科：SpeedPro 會根據不同的工具機有不同的調整？羅：首先，要先決定你開的是高級跑車還是一般轎車，再來看不同車子引擎性能曲線，每一台車都會有它的引擎曲線。先決定車款，再看車子的引擎曲線，好的車手可根據要開的路況條件，做最好的搭配。同樣的，國內設備和國外設備不一樣，即便是國產設備，每一廠牌的特性也都不一樣，裏頭搭配的馬達、主軸都有自己的性能曲線，SpeedPro 製程優化軟體就像好的車手，會依照不同機器的性能曲線、使用的刀子、被加工材料的材質等數據，聰明計算出最佳路徑，發揮這台機器最好的效能。科：需要依據不同工具機來客製軟體嗎？羅：這個軟體是我們開發眾多的工具機智能化軟體之一。目前工具機的控制器有很多種廠牌，各自有不同的通訊格式，為打破控制器山頭林立的局面，工研院開發智慧機械機連網平台 (VMX), 可支援各大廠控制器，使用者可透過 VMX 平台來控制多台機器，甚至是工廠中所有的機器，將收集到的資料往雲端上傳。使用者或軟體開發者可以在 VMX 平台，根據需求開發各種智慧機械應用程式，就像在 iOS、Adroid 系統上開發各種 APP。科：在開發的過程中是否遇到困難？羅：有的，這個軟體開發可以分成好幾個階段，首先，是要連設備的 VMX 通訊部，這個問題由 VMX 團隊解決；再來，就是切削分析需要建立資料庫，把各種品牌的刀子、各式各樣標準材料等資訊加以蒐集、彙整。接下來是硬體機電，不同工具機馬達有不同性能曲線，如果國外廠商提供的型錄數據不準確，或是機器的組裝些微誤差，模擬出來的結果跟實際的結果就會有誤差，我們必須一一鑑別出這些問題，找出方法補償，讓軟體算出來的數據是準的。科：對臺灣機電領域發展，您是否有任何建議？羅：學機械會寫軟體的人很少，學資訊懂機械的人更少，我們要的人是會機械、也會電子的，但是又要有資通訊相關的技能，相較之下是比較難找。正因如此，工研院持續與學校合作，也將剛才提到的 VMX 平台免費捐贈給學界使用。未來，也希望有更多人分享該平台的成果與資源，並邀請更多的開發者以 VMX 平台為基礎，結合機械、電機、通訊等不同領域能量，開發更多的智慧機械相關軟體，甚至推動成為臺灣工具機與智慧製造產業的標準開發平台。 | science |
神奇藥草大麻的真相與檢驗 | 大麻為一年生的草本植物，生長於熱帶或溫帶氣候掌狀複葉，有著針形小葉，邊緣有鋸齒，雌雄異株。目前研究發現在大麻中含有超過上百種已知化合物，其中 2 種最常見且眾所周知的大麻素為四氫大麻酚和大麻二酚。兩者分別是在 1963 年由以色列化學家麥查蘭及施沃 (Yuval Shvo) 鑑定出大麻二酚的化學結構及 1964 年麥查蘭分離出四大麻酚。四氫大麻酚及大麻二酚對人體的藥理效果有所不同。前者為成癮的主因，亦有醫療用途；後者為推動醫用大麻合法化的實證。大麻成分中的四氫大麻酚，在藥效上屬於中樞神經迷幻劑，也是主要認定大麻為成癮物質的依據，也因此大麻在臺灣毒品危害防治條例中被列管為第二級毒品，在美國緝毒局 (Drug Enforcement Administration) 則列屬第一級管制物質。而歐盟也根據植株花葉乾物質中四氫大麻酚含量的多寡，將大麻分為藥用型 (四氫大麻酚> 0.5%)、中間型 (0.3%< 四氫大麻酚 < 0.5%) 和纖維型 (四氫大麻酚 < 0.3%)。在大麻成分中，亦以四氫大麻酚的相關研究最為透徹，其具高度脂溶性，且可穿透胎盤。就藥物動力學來說，四氫大麻酚的吸收程度與施用方式有所關聯，若以煙吸方式攝取，則藥物進入體循環的速度與濃度──生體可用率 (bioavailability,BA) 為 25% 若以口服方式為之，生體可用率下降為 6%。此外，四氫大麻酚也會與體內第一型及第二型大麻素受體作用。而其中，影響精神 (psychoactive) 及抗痙攣 (anticonvulsant) 的主要機轉是與體內第一型大麻素受器作用，抑制 GABA 神經傳導物質的釋放，進而使神經膜電位下降，減緩神經訊息傳遞；而大麻二酚目前在醫療用主要用途是針對癲癇 (epilepsy) 控制及止痛功能，在臨床試驗劑量下，大麻二酚並不會直接活化第一型及第二型大麻素接受器，因此大麻二酚被認定為非精神作用物質，其目前在醫療用途上的確切機轉尚不清楚。大麻成分在人類社會中爭議不斷，如大麻是否該合法化抑是除罪化、合法化後如何有效管理才能不引發成癮與藥駕發生等疑問。國際間不少國家將大麻的醫療用途合法化，也分為單純大麻二酚醫用合法及大麻醫用合法。而在近年來亦有些國家將大麻的娛樂用途合法化，例如 2013 年全球第一個全面實施大麻合法化的國家：南美的烏拉圭；2018 年宣告全面大麻合法化為北美的加拿大，美國亦有部分州別實施，這些國家的大麻合法化執行管理方案又有所不同。大麻在科學上、在人類社會規範上成了神奇藥草的例子。依據目的性，在濫用藥物領域，檢驗上最常遇到的是想了解人類是否吸食大麻。最常見的檢測樣品是尿液檢體，因此必須關注大麻進入人體後的代謝情況。大麻中主要與成癮現象有關的成分為四氫大麻酚，其進入人體後，代謝為四氫大麻酚 - 9 - 甲酸 (Δ9THC-9-carboxylicacid), 之後再與葡萄糖醛酸 (glucuronic acid) 結合，形成水溶性的葡萄糖苷酸結合物 (glucuronide conjugate), 透過尿液排出。圖一：濫用藥物檢驗流程 (作者親繪) 圖二：免疫檢驗試片法結構 (作者親繪) 濫用藥物領域的檢驗方法，依據原理與方法特性分為 2 種，第一種為篩檢法，第二種是確認法。這兩大步驟中，篩檢法的主要是為快速、簡易操作及排除陰性樣品，因此選擇的方式為「免疫檢驗法」; 確認法則是為了精準確認陽性樣品，因此需要選擇高靈敏與高鑑別度的「層析質譜法」。檢驗流程中先使用篩檢法，若呈現陽性反應，才進行確認法，如圖一所示。第一種篩檢法為「免疫檢驗法」, 透過特定抗體辨識特定抗原，對於大麻的判定陽性閾值為四氫大麻酚 - 9 - 甲酸濃度 50ng∕mL。目前己有商業化的檢驗產品，如：試片型、試劑型，而其中試片型的外觀與驗孕棒相似，但原理與判定方式不同，在此特別說明，試片型由 5 項元素組成：(1) 樣品墊 (sample pad): 使檢體均勻分佈。(2) 結合墊 (conjugated pad): 放置具有標誌的抗體。(3) 薄膜試片 (N.C. membrane): 提供抗體鍵結區，通常會設計測試線 (T) 與控制線 (C)。(4) 吸收墊 (absorption pad): 吸收過量的檢體溶液。(5) 塑膠底卡 (plastic backing): 底卡支撐。免疫檢驗法採取競爭型免疫層析法，以大麻為例，在測試線上鍵結的是抗原，即為大麻代謝物 (四氫大麻酚 - 9 - 甲酸), 將與膜上鍵結的四氫大麻酚 - 9 - 甲酸特異性抗體與四氫大麻酚 - 9 - 甲酸及四氫大麻酚 - 9 - 甲酸 - 色素指示劑複合體競爭，因此僅有控制線呈色 (一條線) 即判定為大麻陽性反應；而驗孕棒免疫檢驗試片法則是採取三明治免疫層析法，在測試線上鍵結的是對人類胎盤絨毛膜性腺激素 (human chorionic gonadotropin, HCG) 有專一性反應的一級抗體，因此控制線和測試線皆呈色 (二條線) 為懷孕陽性反應，兩者結構差異詳見圖二。競爭型免疫層析法和三明治免疫層析法，雖然在外觀上相似，但其方法原理不同，導致判定方式不同。由於免疫檢驗是透過抗體特性專一性與抗原接合，但若樣品中有結構類似物，則可能在免疫檢驗法上造成假陽性結果。因此需要第二步驟的確認檢驗方式。第二種確認法為「層析質譜法」, 混合物透過層析儀層析分離，得到每個物質的滯留時間 (retention time), 再加上關鍵技術的質譜儀 (mass spectrometry), 其提供每個物質獨一無二的質譜指紋，鑑定不同的化合物。層析質譜法對於大麻的判定陽性閾值為大麻代謝物 (四氫大麻酚 - 9 - 甲酸) 濃度 15 ng∕mL。篩檢法和確認法除了方法學的不同，在樣品前處理上的步驟也有所差異，篩檢法通常直接使用尿液樣品，不另處理；而確認法，考量到大麻代謝過程中變化，四氫大麻酚 - 9 - 甲酸代謝後轉換成葡萄糖苷酸共軛結合物，為精確定量，通常會在樣品前處理中，加入水解 (hydrolysis) 的步驟，將共軛結合物在轉變成四氫大麻酚 - 9 - 甲酸，以利後續分析。延伸閱讀 1. Gaston T. E. and Friedman D., Pharmacology of cannabinoids in the treatment of epilepsy, Epilepsy Behav., Vol.70 (Pt B): 313-318, 2017.2. 育網開放教育平台，〈現代柯南，跟著瑪斯一起探索檢驗世界〉,www.ewant.org。3. 衛生福利部，〈濫用藥物尿液檢驗作業準則〉,https://goo.gl/9fSUWj。 | science |
李世昌院士:如果行動裝置網路更快,網格技術會取代雲端技術。 | 1952 年出生的李世昌博士，任職於中央研究院物理研究所，2010 年獲選為中研院院士。中研院院士屬榮譽頭銜，表彰學者學術成就，不一定要在中研院服務。李院士是臺灣粒子物理領域的重要人物，主持大型計劃與世界各國合作研究。實驗中必需研發新技術，李院士所主持的網格計劃，正是由高能物理實驗的需求而提出的。這些先進技術未來有可能也應用到我們的生活。林宮玄 (以下簡稱問):WWW (World Wide Web, 全球資訊網) 是因為高能物理實驗，而衍生出來的技術，現在已經改變了這個世界。可稍微介紹 WWW 歷史及現在的網格計劃嗎？李世昌 (以下簡稱答):CERN (歐洲核子研究組織) 是在 1990 年代開始發展全球資訊網的技術。高能實驗的儀器都是國際合作，當時發展全球資訊網是為了方便交換資訊，而 E-mail 不是那麼方便。檔案比較大的資料，譬如設計圖很難交換，所以全球資訊網就開始發展。傳統的粒子物理，幾十奈秒 (nanosecond,10-9 秒) 粒子就會對撞一次；假如一微秒內對撞就產生百萬位元組 (Megabyte, MB) 的資料量，數據是大量的產生。以前我在費米實驗室 (Fermilab) 有加速器，我也要建很大的計算中心來分析數據讓大家處理。數據要經過前置處理才能分析，把 0 跟 1 的數據轉換成這個粒子是達到什麼位置等資訊。我們的儀器很大，可能有幾層樓高，但是可能只有幾千個粒子資訊。儀器在取數據時，科學家不希望數據還要處理一年，才能分析數據。我們希望數據產生馬上就處理好，所以計算量很大，必需在加速器所在的地方提供這個計算服務。2000 年時，CERN 覺得下一代的的儀器，數據量更龐大。如果 CERN 要做一個電腦中心即時處理這些數據，瑞士日內瓦全部的電都還不夠，但很多國家不願意出錢資助其他國家的資料中心，那為什麼不讓各國有自己的資料中心，串成一個超級大電腦？只要有很快的網路，譬如 10 Gb/s 的網路串連這些電腦，跟資料中心自己內部的傳輸速度差不多，我只要發展一套軟體，等於是作業系統，就能把世界各地研究機構的資料中心互相分享。這不是全球資訊網的資訊分享而已，是資源共享，所有硬碟儲存的系統跟 CPU 都可以分享。在世界各地平行的處理數據，就沒有某一個地方電量負荷太高的問題，每個國家較願意參與。所以，從全球資訊網的「資訊共享」進到「資源共享」的分散式計算，就是網格 (GRID) 的概念，也就是 CERN 要發展的 World Wide GRID。 資訊科學家很早就有網格技術概念，但時機對才會真正發展。譬如，當時全球資訊網也是因為網路，然後大家都有個人電腦，所以就很快發展起來。如果電腦沒有普及，全球資訊網也不會馬上被應用。當時因為有全球資訊網的經驗，所以 CERN 決定發展網格技術後，所有大公司 IBM、HP 等都願意合作，他們認為網格發展起來，可能跟全球資訊網一樣很重要。所以 2000 年時，我們就先開始一個 Pilot Project (試點專案或試驗計畫), 歐美等國一些工程師集中到 CERN 發展這個軟體，日本、臺灣也都參加了。日本參加的方法是出錢買試點專案或試驗計畫需要的機器放在 CERN, 但日本科學家在 CERN 要能優先使用。我們臺灣是出人不是出錢，每次派兩個人去 CERN, 六個月以後再換兩個人回來，這樣我們就慢慢有一批人懂這個軟體。2005 年，CERN 覺得技術成熟了，我們就要真正開始發展。我們實驗是 2010 年開始的，CERN 自己是 Tier Zero (頂級) 數據中心，Tier Zero 就是所有資源都要出 25%,CERN 規劃有差不多十個 Tier One (一級), 條件是跟 CERN 之間要有 10 Gb/s 頻寬，經過 CERN 去交換數據。Tier Two (二級) 到 Tier One 要有 2.5 Gb/s 頻寬，而每個參加實驗的研究機構都必須是二級或一級。臺灣當時想做一級，但是亞洲沒有這麼多粒子物理實驗學家，只需要一個一級中心，CERN 希望日本能有一級 (Tier One) 數據中心，但日本婉拒。日本人希望發展自己的一套網格技術軟體，可以跟 CERN 相容就好。歐洲剛開始做網格技術時，美國認為網格技術是美國發展出來的概念，為什麼給歐洲做？所以美國自己發展一套叫 Open Source GRID (OSG, 開放原始碼網格), 能跟你們的軟體相容就好。日本也是這種想法，所以後來 CERN 找我們當時的中研院院長李遠哲簽約，當時我們臺灣是第一個簽約成為第一級中心。2005 年正式開始不久，Amazon、Google 等公司都開始講雲端技術，不再講網格技術。本來 2000 年到 2005 年，網格計算是最紅的，所有的資訊科學家都在做。到 2005 年以後突然沒了，大家都講雲端技術。雲端技術跟網格技術不一樣，是建很大的數據中心，可以很快的服務多人同時進來用，跟分散式計算的概念相反，網格技術是把分散各地的雲端中心再串起來。網格並沒有當初想像的發展那麼快，因為基礎硬體設施 (infrastructure) 並沒有真正的成熟，不像個人電腦到處都有。現在大家覺得雲端中心就可以用了，為什麼要分散式計算？像 Amazon 或 Google, 他們在美國可能只有幾個大的雲端中心，不像我們 CERN 的網格串聯了全世界 300 個研究機構，很多機構距離很近。但是 Amazon 或 Google 這些大的雲端中心之間距離很遠，可能幾千平方公里才一個，臺灣就沒有 Amazon 的雲端中心，要到日本、新加坡或上海。所以 Amazon 的各地的雲端中心是大的，在不同地方只做資料的鏡像儲存 (mirror imaging storage) 而已，跟網格分散式的概念不完全一樣。為什麼現在 Google 或 Amazon 的雲端沒看到問題？因為資料傳輸目前瓶頸在行動裝置。現在大家用的行動裝置，不管是 Pad 或是 Notebook, 資料等待傳輸時間 (latency) 在毫秒以上。但是數據中心之間的資料，傳輸 1000 公里可能也是毫秒左右，所以看不出數據中心之間的距離影響。但是到下一代的第五代的通訊裝置，資料等待傳輸時間要降到一毫秒以下，也就是數據中心間距離 300 公里以內的傳輸時間。距離要是有 1000 公里，等待時間的瓶頸在雲端中心之間的距離，而不是行動裝置。所以我估計到第五代以後，雲端之間距離 1000 公里太遠，需要更密集的數據中心，最好是在 7-11 便利商店就能接上這個網路，這時候分散式的概念才會開始。所以我判斷行動裝置的資料傳輸時間變短時，也許是第五代、第六代行動裝置以後，網格計算才會發展起來。行動裝置的無線基地台都是分散的，我們認為應該把數據中心跟基地台結合，用小基地台放在便利商店。現在一個 rack (機架) 已經可以有 1000 個 CPU, 達到 1 PB (1000 TB) 很容易，所以小東西已經是以前的超級電腦。如果我再結合小基地台放在便利商店跟銀行，把資源全部串起來，就是一個大的超級電腦。使用者要用資料中心的資料，譬如看電影，從最近的便利商店或數據中心抓，如果沒有相關資料才到鄰近的數據中心抓，這就是網格計算的概念。我們認為目前基礎建設還未完善。這些提供無線通訊基地台的電信商也常常是 ISP (Internet Service Provider, 網際網路連線服務公司), 他們應該把這兩個結合提供更好的服務。不過現在行動裝置連線速度慢，目前用雲端就好。除了粒子物理實驗，其實沒有人在做網格計算，我們希望發展的軟體有人用，才知道好不好用，才有辦法測試出 bug (軟體或程式的錯誤)。為什麼 Google、Amazon 他們強的就越強？因為他們有很多使用者馬上可以測試軟體及使用的經驗，軟體愈好又吸引更多使用者的良性循環，這就是大數據。數據多、統計資料多，就可以看到問題，這是現在發展的一個方向。臺灣為什麼很難進去這個領域？因為我們沒有一個公司真的有大數據，沒有那麼多的使用者測試我們的軟體，怎麼到國際上跟人家競爭？Google 等公司經常有幾千萬甚至上億的人使用，所以很容易進步很快。中國不一樣，他們有足夠多的使用者，可以關門不給外國企業進來，先發展自己軟體，等發展好再跟你打。所以他們有阿里巴巴，現在可以到美國去跟 Amazon 打。臺灣沒有大量使用者，沒辦法關起來發表。我們要在軟體上做一番事，嘴巴講得很容易，其實是很困難的。要發展任何可用的軟體，我認為機會就是透過國際合作。在別人還沒有做以前，試者冒險去做，這就是我們正在做的。關於基礎科學實驗的投資，譬如發現希格斯粒子在科學上很重要，但其實為了要做這個尖端的科學，必需發展尖端的技術，而這些技術是有可能商品化變成商業。也就是說，科學計畫也要有工程師願意發展技術。譬如主持科學計畫的丁肇中先生 (1976 年諾貝爾物理獎得主) 只想做科學，雖然我們的 AMS (Alpha Magnetic Spectrometer, 阿爾法磁譜儀) 科學計劃有很多好的技術，他不在乎。現在賣最好的太空電腦都是用 AMS 發展出來的 CPU。為什麼我們能做到？因為我們的數據量大。我們第一次把 30 萬個頻道 (channel) 的偵測器放在太空，所以數據量很大。但是從太空要把數據送到地面的頻寬有限，必須在太空很快的處理數據。我有 7 Gb/s 數據產生，卻只有 1 Mb/s 可以傳到地面，怎麼辦？所以必須壓縮，先丟掉不要的資料等，需要快速的處理。如果太空規格的元件太慢，根本沒辦法處理數據。當時我們能拿到的太空規格元件，比市面上最快的商用規格元件，可能慢了好幾代，所以我們當時決定拿市面上的元件到加速器量抗輻射的特性，篩選符合需求的元件來用，就可以做太空用的電腦。1994、1995 年，我們找了當時一般商業規格中最快的 CPU-IBM 的 PowerPC750 做抗輻射測試，發現可抗輻射，進而發展出 AMS 擷取數據的太空用電腦。現今銷售最好的太空電腦，就是用 PowerPC750 的 CPU, 頻率為 400 MHz。當初如果在臺灣做出來，就可以賣這套太空用電腦，當然還要有行銷團隊來拓展市場。所以做尖端的基礎研究，不只是科學上重要，為了達到科學要求而發展沒人做到的技術也很重要。那些技術有機會變成商品，不是每一個都會，但是有機會。我現在做兩個計劃，一個是 AMS, 希望證明 AMS 計劃的技術是可以商品化的、希望做出一兩個例子說服資金贊助者，我雖然做基礎科學研究，但是如果願意去發展衍生出來的技術，也是有商機的。另一個計畫網格計算也是這樣，這個東西要做到完成，可能還要一段時間。我是在佈局，我們網格中心目前在中研院資訊科技創新研究中心底下，現在只有 20 個人，我想要把這個技術變成產品。軟體現在的趨勢是 open source (開放原始碼軟體), 不是靠 code (程式碼) 賺錢，就像 Linux (一種開放式作業系統), 所有原始碼都是公開的。但是就算公開，一般人不會用，也沒辦法安裝，一定要靠培養一群會用軟體的人，靠服務賺錢。譬如每個醫院分院的電腦就可以串起來，銀行也一樣，串起來就可以變成一個大的電腦，這些其實對他們是最有用的。所以，我這個軟體你拿去，你不會用，一定要我幫你服務。用戶越多的服務公司，會越多人用你的軟體，門檻就是這樣建立起來的，這個產業是先切入先贏。問：您提到美、日想發展自己的軟體，是想要發展自己的協定先掌握商機嗎？答：任何這種事有很多政治力，我也不知道原因。雖然粒子物理有發展這個軟體的需求，但是資訊科學家認為是他們提出的想法，應該由他們做這件事。如果是資訊的人在主導這個計劃，而不是粒子物理的人在主導，最後就會出問題。CERN 是由粒子物理的人主導，完全是使用者主導，但是我聘工程師進來，他們可以是資訊背景的，目的是做我的事情。數學很厲害，很多地方可以用到，但一開始若發展太抽象的東西，不一定會成功。發展很多東西，必須針對一個具體的使用者需求，再去推廣到其他的使用者需求，才做的出來。如果像資訊的人要發展一個軟體，一開始就要讓每一個領域的科學都可以用，是不切實際的，也會變成什麼都不能用，而且很複雜。我們是針對粒子物理需求來做，但也許有很多缺點。譬如我要發展給生命科學領域用的軟體，生命科學家很多研究習慣跟粒子物理的人不一樣，用的語言也不一樣。我的方法當然有它的困難，但是比較容易做出來，先有一個東西。問：您目前執行的計劃中，網格計劃是不是花你許多時間？答：現在我每天早上 9 點開會，然後每個禮拜開一次會。網格計劃，我們現在比較專注在各種運作效率，在分散式環境下怎麼樣能夠有效率。這是一個系統的問題，不是說 CPU 變得很快就好，因為瓶頸不見得在 CPU。CPU 可以跑得很快，但是瓶頸可能變成儲存。儲存可以很快，瓶頸可能就在網路。我們必須看整個數據中心或分散式的環境，到底瓶頸在什麼地方？要發展什麼東西？我們目前特別發展兩個方向：一個是粒子物理，其實已經發展的差不多。另一方面，我們現在跟芝加哥大學合作在做生物資訊 (bioinformatics)。大家認為生命科學發展趨勢往大數據的方向，譬如很多生物影像、DNA、RNA 數據要分析，個人化醫療等。雖然大家是這樣看，但還沒有人證明大數據在生命科學真的很有用，這個是先有雞先有蛋的問題，你不能證明就不見得拿到錢讓你做大數據的數據中心網格計算，所以我們現在透過國際合作研究如何將網格計算技術運用在生物資訊。另外一個是比較集中在怎樣讓網路更有效率，我覺得網路的效率在分散式計算中非常重要。這些東西 Google 都很強，在一個大的數據中心裡面的效率，他們是很厲害，有很多的經驗。很多東西因為他的量大，他的 CPU、儲存裝置甚至路由器 (router), 很多他都可以自己設計。他們不需要買現成的東西，我們完全沒辦法跟他競爭，如果真的他要做跟我們同一領域，臺灣再多的人投進去、再多錢也沒辦法跟他們競爭，所以要在他們還沒有開始做以前，我們就要已經發展好一些應用。* 感謝受訪者李世昌校稿，確認本文正確性。特別感謝中研院物理所蘇達賢博士、張耀文先生協助潤稿。本次專訪，侃侃而談的李世昌院士，還介紹「在臺灣核電廠實驗的『微中子計劃』及對核能發電的看法」, 發表在《科學月刊》566 期 (2017 年 2 月);「關於中研院執行目前計劃的緣起」, 發表在《物理雙月刊》39 卷 2 期 (2017 年 4 月);「與丁肇中院士合作的『AMS 計劃』, 在太空中架設儀器，尋找反物質與暗物質」, 即將發表在《科學月刊》。 | science |
高職師要實務赴企業充電 | 在高職教了 15 年的書，早起到校、按表操課，是張美雀每個週間的生活步調。去年 9 月 1 號開始，她一如往常，簡單梳洗後準備出門，只不過要去的地方，不是松山家商，而是上擎科技公司。在半年的時間內，她要在這裡實習，接觸業界最新的東西。教了 15 年一直在付出，然後都一直在教比較簡單的東西，我自己也很想進步，所以我就想說，我要給自己一個機會，勇敢的跳出舒適圈。— 北市松山家商資處科老師張美雀一直有跳出舒適圈的念頭，真正讓張美雀開始想要付諸行動，是與 103 年年底，立法院三讀通過，並在 104 年 1 月中旬公告實施的技術與職業教育法有很大關連。因為當中明訂，為了讓老師不與產業界脫節，108 年 8 月以後的高職新任專業教師，至少要有一年工作實務經驗，而在職每六年得到業界研習半年。注意到法令，張美雀立即想到另一件重要的事，如果出去業界，原來的課得找人代，學生學習會不會受影響？這一多想，第一年的時間就這麼過去了，去年，她下定決心，一邊和主任商討課務，另一方面著手尋找可能的業者。慶幸的是，學校全力支持，給她後援，但尋找實習的業者，卻比想像中困難。張老師說，丟了幾家大公司都石沉大海，因為最長也只能實習半年，不可能找人帶你，幾乎沒有貢獻度，後來轉方向，找了幾家小公司，才找到這家轉做網路相關設計的公司。上擎科技有限公司資深專案經理楊明勳直言，老師到業界實習，最多才半年，有些公司會顧慮，是否增加負擔，又或是考量商業機密而婉拒。至於自已的公司為何點頭，其實是想著，來實習的老師，可以成為以後產學合作的重要橋樑。尤其現在好的員工不好找，若能透過產學合作，提早讓學生了解職場以及所需能力，最好不過。有學校支持，相對應的公司也確定，張美雀終於踏出 15 年的舒適圈，開始半年的實習。剛開始最不習慣的有兩件事，首先是因為作息不同，公司同仁彈性上班，她固定上班，通常自己是最早進辦公室的人。第二件則是，以往校園的吵雜，全被鍵盤聲給取代。不過這兩件事，都是小事，最大的挑戰在於，眼前看到，要學的，和自已一直在學校教的，竟有不小落差，尤其是網頁的開發技術。張美雀說，多數高職學生拚升學，自己任教的學校也是如此，因此，教學主要對應考試科目與內容，在學校教的網頁開發，是短淺、且少的。到上擎沒多久，就發現學校教 CSS 和 Flash, 業界早已用 RWD 設計，面對超不熟悉的程式語言，曾經一卡就三小時。覺得什麼都不會，會的東西很少，覺得恐慌。幸好，這裡的工程師都很好，不會的問題，工程師可以馬上教，學習速度也比較快。辦公室內的工程師，願意給予最大的幫助，讓張老師在一周後擺脫了恐慌感，而上擎科技公司資深專案經理楊明勳直言，半年時間，不可能在技術上有立即成效，因此，是以傳授觀念為主，比如說一個小的專案，提供給張老師嘗試，在這個過程，去引導出開發的觀念。漸漸上手，時間過的很快，張老師在今年 1 月結束研習，她覺得最大的收獲，是了解業界脈動，而且回到教學現場，至少以後學生問起，以後想走這條路，工作的情形、薪資的水準，可給的建議，都是來自所見、所學與所聞。教育部國教署統計，技術與職業教育法 103 年年底三讀後，104 和 105 年分別有 7 位與 12 位高職老師，赴公民營機構服務研習，時間從一個月到一整年不等。104 年的 7 位老師，位於高雄市的中山工商就有三位，在學校的支持下，分別以節能引擎暨油電混合車、家用電器控制整合技術以及 Wifi 軟硬體設計與實用為主題，各自研習了半年的時間。去年的 19 人，則來自北部、中部與南部，東部宜蘭也有蘇澳海事的老師，申請研習節能科技在商船上的應用，但這裡面，沒有花東的學校，而且 8 成 5 來自公立高職。 彰化秀水高工機械科主任曾俊元說，如果有機會，自己絕對想去業界看看，因為教學時碰到技術上問題，在學校裡討論的話，其實會有盲點，所以如果可能到這個業別，去了解裡面，所謂的 know how。也有汽修科老師說，若能到 BMW 合作廠商蹲點，光是看到焊接不用加熱，以冷的物件交接的新技術，就夠令人興奮的了。如此看來，高職專業教師到公民營機構研習，應是好處多多，但為何前兩年，參與的人數並不多呢？全教總政策部主任張文昌指出，一方面是政策才上路，老師還在觀望。而學校的支持與企業是否配合也是關鍵。去企業進修的時候，要進修什麼？是不是願意把他們最先進的一個技術來教給他？這都是很大問題，然後學了這些技術，回到學校裡面，是不是可以用在教學上面，都需要更進一步探討。再以學校支持來說，老師調去外面，對偏鄉學校來說，需要更多配套，畢竟不少教師要兼行政又是導師，若是到業界研習，不只人員調度、行政與與班級經營都可能有問題。有高職校長擔憂，老師在學期中抽離，可能造成的問題，因而建議可在寒暑假執行，也就是每年寒暑假去業界一個月，累計 6 年就滿半年，讓學校實務比較好執行，去年寒假與暑假，全國就有近 500 名高職老師，到產業界累積研習時數。在六都的新北市，今 (2017) 年也有計畫，由學校薦派現職專任師，經教育局審核，寒暑假期間辦理 3~5 天的廣度研習、10~30 天的深度研習。現職老師要去業界充電，讓產學充分接軌，而事實上，技術及職業教育法也明訂，108 年以後，高職新聘的教師，應具備一年以上業界的實務工作經驗。教育部師資培育與藝術教育司長長張明文強調，這不只希望老師對企業、對職業，有更多更深的認識，也能協助老師在課程設計上，結合業界需求。去年 11 月下旬，教育部在臺大舉辦一場有關師資培育變革的研討會，不少師培中心的學生到場了解。筆者隨機訪問了三位師培生，其中一位黃同學，以後想去高職教農場經營，基本上，他支持這樣的規劃，因為就以自己為例，是普通高中畢業，本來實作和技術就非強項，而以現在的師資培育課程來說，主要還是專注在普通高中普通科目，因此除了實作，自己得靠目前大學系上的專業課程去培養，若之後有機會去農場蹲個一年，相信是有好處的。不過他最擔心的是，到底有沒有管道去進入那些體系，恐怕還是需要平台媒合。距 108 年 8 月 1 號上路，只剩兩年多，就有許多高職校長反應時間太趕，擔心沒有那麼多專業老師可取得這一年的工作經驗，對此，教育部回應，還是希望高職優先聘用滿足資格的人，如果缺額，可以破例聘用沒有具備工作經驗的新教師。符合資格的老師恐怕不夠？師培生擔心沒平台幫忙媒合，還是有校長建議，緩衝期應再延後。不過張美雀老師，以自己到業界見習的經驗建議，學習專業沒磨個一兩年，也不到一定水準，準老師們可以思考，不用急著進到教育現場，而教育部可以做的，就是不強制準老師們，一定得在幾年之內拿到工作證明，否則到時候難保不會有人為了取得這個證明，而去找個熟識的機構或公司，但是否真的出自內心認為對未來教學有用，又或是只想虛應了事，政策美意將大打折扣。而不管是未來，老師要有一年的工作經驗，還是現職老師去公民營機構見習，諸如媒合過程，到企業會有什麼狀況，又需不需要有一個評估的機制？需要更多討論以及經驗的傳承。延伸閱讀 1. 技術及職業教育法，http://edu.law.moe.gov.tw/LawContent.aspx?id=GL001405。2. 新北市高職專任教師至企業研習，http://se.ntpc.edu.tw/mobile/service03_03.aspx。 | science |
生技醫藥之國際合作 | 誠如發現量子能量的德國物理學家普朗克 (Max Planck) 教授，於 1919 年領取諾貝爾物理獎時，受訪時說了感性與理性兼備的感言:「心智是所有成事的核心矩陣點」。也就是，所有未來可能的合作存在性，取決於當下覺察的選擇。選擇點發生於我們心智的想法，思惟的小光量子波動力影響及創造了我們的現實，可能性存在於思惟與思惟間的沉默波動力空間，該空間給予我們創造期望的機會，讓我們從一個機會的可能性跳至另一機會的可能性，也賦予了合作發生的契機。站在宏觀價值立場，任何事的成功關鍵取決於我們的智慧心智，這心智成就了臺灣生技醫藥的國際合作。隨著為期 6 年之生技醫藥國家型計畫 (National Research Program for Biopharma-ceuticals, 簡稱 NRPB) 將於 2017 年 5 月完成階段性任務，本文探討在 NRPB 國際合作辦公室協助下，生技醫藥之國際合作及其效益之概念落實，以「臺灣與日本 (ARO 協會與 JPMA)」之互信夥伴關係為例，說明國際合作的重要關鍵，除各國政府的各自長期資援、法規調適及研發者等累積能量外，雙方或多方長期多層次建立之互信及互補的誠信原則與友誼，更是讓國際合作成功的重要推手，能於共識下朝向同一目標的方向前進，發揮最大功能性及綜效，期能共同一步一步落實解決威脅人類健康之各種問題，以下為以與日本交流合作為例之經驗分享。政府為了推動生技醫藥產業的發展，於 1980 年開始便將生物技術列為重點科技，並頒布「加強生物技術產業推動方案」, 建構產業發展之基礎設施與研發環境；於 2000 年推動「生技製藥國家型科技計畫」及於 2002 年推動「基因體醫學國家型計畫」; 於 2005 年推動「生醫科技島計畫」, 以打造臺灣成為亞太臨床試驗中心為目標，2007 年通過「生技新藥產業發展條例」;2009 年提出「臺灣生技起飛鑽石行動方案」等政策；於 2010 年通過「人體生物資料庫管理條例」;2012 年建置「臺灣人體生物資料庫 (Taiwan Biobank)」, 為臺灣「精準醫療 (Precision Medicine)」奠定了堅固的基礎。政府整合上述的資源及善用累積的能量，於 2011 年進一步推動 NRPB, 期能落實學研界研發成果之產業化及商品化。NRPB 為國內生技醫藥產官學研共同合作的國家型計畫，結合了多年來產各界累積的成果與能量，藉由跨部會暨跨領域之合作，強化我國藥物開發的中下游發展，將臨床前研究與臨床試驗的概念落實和加值，進而共同創造研發成果產業化與商品化。短程目標為建構與整合研發體系與能量；中程目標為健全成果管理與產業化推動；長程目標則為培育優質具國際競爭力的生技醫藥研發團隊及產業，並將我國的研發能量及成果推向國際。(一) ARO 協會 (Japan Academic Research Organization/Japan ARO Council, 以下簡稱日本 ARO) TRI-Kobe: 日本「公益財團法人先端醫療振興財團 (Foundation for Biomedical Research and Innovation, FBRI)」底下之「Translational Research Informatics Center (簡稱 TRI-Kobe)」, 於 2002 年成立於日本神戶市，由日本「教育、文化、體育、科技部 (Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology)」與神戶市共同資助創立，為日本第一個臨床研究之學研資料中心，亦是日本第一個臨床研究情報中心，負責日本全國 6 個城市 14 個臨床研究中心生技醫藥相關的轉譯臨床中心間之協調、支援及推廣，是統籌管理與運作的中心。該中心於 2011 年起亦受日本「衛生勞動福利部 (Ministry of Health, Labour and Welfare)」委託，肩負「改善日本早期臨床試驗及核心臨床研究數據中心」的任務。2013 年日本 ARO 協會正式成立，目的包括跨國家學術機構的網絡建設、促進協調合作、實現更安全與有效的醫療等，以改善公眾健康。會員包含日本全國 15 所大學與研究中心。總部由 TRI-Kobe 專責統籌、推動與協調運作等管理。日本 ARO 的目標和任務與臺灣 NRPB 有異曲同工之妙，最重要任務是創新標準治療，以發展新診斷試劑及治療與預防策略為主，藉由檢討、研究與改善臨床試驗失敗的原因、重新再規劃與執行各期臨床試驗。因此，TRI-Kobe 具有雙重任務，除了負責統籌，協調及管理日本全國 14 個臨床試驗研究的轉譯數據分析中心，提供臨床研究諮詢與臨床研究相關支援，規劃與執行各期臨床試驗及其結果之研究，推動「全球同步臨床試驗合作，以新藥之全球同步上市為目標」的重要任務外。另一任務為由日本 ARO 總部成立一個專責辦公室負責會員間的相關生技醫藥研發、協調及國際合作等各項事宜。2002 年日本政府在 FBRI 母體下成立 TRI-Kobe 專責中心，負責整合與加值日本政府所逐步推動各項之計畫，與臺灣政府於 2000 年起推動生技醫藥相關的國家型計畫，時間點上非常接近；差異是臺灣的國家型計畫推動辦公室雖亦專責協調、溝通與整合及推動國際業務，但卻非實體單位，就法律而言，並不具實質代表性。(二) 日本製藥工業協會 (The Japan Phar-maceutical Manufacturers Association, JPMA): 日本以積極推動該國生技醫藥之研發至產品上市，為最重要的國家政策之一。日本也是在亞洲國家中，獲頒諾貝爾醫學、化學等獎的長青樹，基礎醫學研究已達世界一流水準。NRPB 國際合作負責人之一的紀威光博士於 2013 年起，藉由參加第二屆亞洲製藥團體合作會議 (Asia Partnership Conference of Pharmaceutical Associations, APAC)、臺灣及日本生技展，開始與日本 JPMA 互動交流並達成共識：以日本藥物研發資訊交流合作平臺 (Drug Seeds Alliance Network Japan, DSANJ) 為主，開啟臺日產學研交流合作之序幕。JPMA 自 1968 年成立至今已 48 年，共擁有 73 家研發製藥產業組織會員。APAC 成立於 2012 年，由 11 個亞洲經濟體的 12 個研發製藥產業組織共同組成，成員包含來自香港、印尼、日、臺、韓、印度、馬、菲、泰、新等國，以「加速創新藥品在亞洲上市」為使命，期能推升亞洲區域新藥研發能量，加速商品化，以造福亞洲人民。一、與日本 ARO 之互動臺灣因推動 NRPB 已累積了相當的研發能力與能量，成功的吸引了日本 TRI-Kobe 暨 ARO 總負責人福島教授 (Professor Fukushima) 於 2015 年 4 月，以 NRPB 國際合作辦公室為窗口，主動邀請 NRPB 總主持人陳建仁院士、王惠鈞院士及楊泮池校長等五位代表，赴日參加第一屆「Taiwan and Japan Academic Research Organization Workshop」研習會，雙方實況交流，取得共識：未來輪流主辦雙邊研習會，每年共同選擇生技醫藥相關具合作價值之議題，為該年度主題，促進與落實雙邊研發學者間的實質合作。(一) 第二屆臺灣與日本研習會：第二屆臺日研習會於 2016 年 5 月 28 日在臺灣舉辦，此閉門會議議題為「癌症轉譯暨癌症登入研究」, 日方全國各大學共 30 位學者代表自費來臺共襄盛舉。交流以各科癌症的雙向對應、配對與互補性質為主，臺灣亦以 13 位講員代表交流，雙方講員與 FBRI 簽訂可一年後揭露之保密協議；日本 ARO 策略是逐年將臺日交流內容，請專業出版社編輯成冊，一年後公開刊登於 Journal of Clinical Evaluation 期刊，供後續相關領域的研發者參考。第三屆臺日研習會將於 2017 年 5 月 13 日由日本舉辦，新任日本 ARO 總負責人中西教授 (Professor Nakanishi) 提議雙邊以「再生醫學及精準醫學」為議題作進一步交流。NRPB 總主持人楊泮池校長、共同主持人王惠鈞院士及國際合作負責人之一劉扶東副院長深表贊同並接受日方建議。其原因有二，精準醫學為政府推動多年的臺灣人體生物資料庫 (Taiwan Biobank) 暨項下的生物標誌聯盟 (Biosignature Consortia), 已累積相當研發能量及成熟度足以與其他國家進行國際合作；且精準醫學的研發亦是 21 世紀全球生醫的研發趨勢；例如，美國前副總統拜登親自主導「登月癌症計畫」, 呼籲全球精準醫學合作。再生醫學則是推廣 NRPB 建置的 iPSC 平臺為主的交流和合作，日本再生醫學的相關研發、法規及產品等面向，的確比臺灣早起步與先進，值得臺灣學習和合作。(二) 日本 ARO 發起全球臨床試驗合作藉由前項的友誼關係，臺灣自 2016 年 3 月起，受日本 ARO 的邀請加入日本 ARO 所發起之「全球臨床試驗合作」, 以「全球同步藥物核准上市」為共同多國多中心合作目標。參與國家包含亞洲區域國家、歐洲及美國等。全球化合作的第一步驟是：如何標準化臨床分析及管理系統？除了各國臨床試驗的品質與環境外，臨床資訊管理中心亦為影響臨床試驗成功與否之重要關鍵因素。2016 年 8 月，日本 TRI-Kobe 為促進各國能齊聚一堂作進一步深入與有效的討論，特地於會前派學者至各國實際勘查及了解各國臨床試驗的現況、環境及數據分析與管理中心，包含歐洲標準化臨床分析平臺聯盟 ECRIN (European Clinical Research Infrastructure Network)、美國 CDISC (Clinical Data Interchange Standards Consortium)、韓國及臺灣等。於 8 月 31 日討論會議，臺灣受邀代表為總主持人楊泮池校長、劉扶東副院長及王惠鈞院士，楊校長因事委任臺大吳明賢教授代替出席，於該會議中報告臺灣臨床試驗合作聯盟 (Taiwan Clinical Trial Consortium, TCTC) 及其臨床管理系統運作及成果；劉扶東副院長則介紹臺灣 Biosignature Consortia 的成果，此舉亦將臺灣優勢推向國際舞台。本全球化合作案，於 2016 年初步了解彼此臨床試驗環境與品質等後，NRPB 總主持人楊校長建議，後續本全球化合作，由已建立的 Biosignature Consortia 和 TCTC, 共同參與及落實長期的國際合作。日本 TRI-Kobe 於 2016 年第四季期間，經該內部審慎評估臺灣與韓國由三星醫學中心所建置的臨床試驗管理系統後，對於 NRPB 建置與運用於 TCTC 臨床試驗的服務與品質，特別印象深刻、讚賞及欲進一步了解實際操作方式，於 2016 年 12 月下旬，再次派 6 位資訊與臨床相關專家，來臺灣接受該臨床管理系統的教育訓練，並提出共同接受歐洲 ECRIN 認證前的教育訓練等，讓臺灣的臨床管理系統走向國際化、國際化認證、及協助全球臨床試驗合作。遂於該年 12 月底，福島教授亦邀請臺灣系統專家及美國 NIH 之 CIMS (Clinical Informatics and Management System) 系統主任，赴日進行該總部相關人員的教育訓練，並主動提出臺日技轉合作。臺灣很榮耀之讓日本總部選擇採用臺灣臨床管理系統，作為全球合作的標準化系統之一。2017 年 3 月 2 日，於東京舉辦第一屆全球 ARO 網絡研習會 (1st Global ARO Network Workshop), 各國代表提出全球合作的策略，與會國家包含臺、日、韓、新加坡、法國 ECRIN 認證代表、美國 NIH 代表、美國 CDISC、哈佛多國多中心臨床試驗代表、幾位重要國際業界代表及日本 ARO 會員代表。臺灣由總主持人楊校長受邀代表演講、評論及討論。令人倍感殊榮的是，於該研習會及會後閉門討論會議時，NRPB 所使用的臨床系統研發者，陽明大學楊永正教授，受邀演講 3 次，介紹該系統給全部與會人員與代表，深獲讚嘆與掌聲；楊校長及陽明楊教授攜手，亦正式將臺灣臨床試驗品質及管理系統的優勢，成功推廣至國際舞台。日本 ARO 的福島教授於該會閉幕式中強調，現已是地球村時代的醫療世紀，國際醫療團隊是無國界的，期許全球醫療專業團隊的齊心共識與創新合作，為地球村努力；亦宣布第二屆將於美國舉行，讓更多美國 NIH 與歐盟資助的臨床專業團隊，投入全球化合作。該日研習會結束後，心動不如行動下，福島教授又另外安排了臺灣與日本的閉門會議，協商臺灣與日本直接進行臨床試驗合作，除測試與瞭解臺灣臨床管理系統外，亦展開臺日合作。日本預計將臺灣整套臨床試驗管理系統技轉合作至日本；本項合作案於選題及協商中，該測試臨床合作，將以歐洲 ECRIN 認證規範的規格下的進行，亦可作為認證的必要實際案例之一。期盼臺灣政府給予充分支持，藉由本項合作之全球拓展，作為臺灣與國際銜接之重要橋樑之一，讓臺灣生技醫藥研發實力、優勢與國際角色，於國際舞台展現，促進更多國際夥伴的「走入臺灣、投資臺灣」及產品上市，落實回饋臺灣人民、社會與國家。二、與日本 JPMA 網絡互動和引進投資：(一) 國合團隊於 2014 年與 NRPB 產業化推動合作，將日本第一大跨國製藥公司引介予我方的學研單位，開啟雙方合作大門。依該公司的 New Frontier Science (NFS) 所聚焦的研究領域與媒合需求，安排國內研究者與之一對一洽談研發成果與合作，最後於 2014 年底該部門初步選取其中一位研究員，作為該公司在臺灣的第一位投資研發合作對象。2015 年 4 月雙方展開討論合作架構，紀威光博士代表國合特地至美國與該公司之美國分公司 NFS 部門，會談合作方向及後續事宜，該部門部長於同年 6 月來臺拜會我方研發者及其團隊，實際瞭解研發者所屬的研發環境和能力，藉以評估合作規模和內容。同時，該公司與我方研發者所屬機關的智財處，開始就合作保密協議等內容進行討論，於 2015 年 11 月完成簽署。在進入研發合作合約協商談判期間，國合協助與代表我方研發者，持續與日商溝通協調，於該公司和研發者所屬機關智財處，遇到談判僵局與瓶頸時，居中協調，多次促使雙方重新再啟動溝通管道；途中遇到該日商因內部組織重整，影響本合作案時程。國合以「密切地與雙方保持聯繫和追蹤進展」為角色，主動積極地疏通兩方的疑慮障礙。此合作案於 2016 年 8 月完成雙方合作契約簽定，耗時 2 年，終有所成。任何成功的國際合作案例，從初次接洽至簽定實質合作契約的期程，最快速為一年醞釀期；中間過程的各學研單位的智財處審查、溝通、國際法規之相容性等考量費時，這也帶動我國學研單位的法規面向之落實國際化。(二) 引進 JPMA 日商使用臺灣「國家同步輻射研究中心–臺灣光源 (Taiwan Light Source, TLS)」設施：2015 年之臺灣生技展期間，日本 JPMA 的三日商會員，於來臺參訪生技醫藥研發核心設施，國合團隊引介日商參訪臺灣同步輻射中心之 TLS, 日商驚喜我方所具備的先進設施等資源，遂提出委託服務需求。國合協助日商與輻射中心：完成保密合約簽署與舊型光束線設施試用，此項服務為該中心的首件國際服務委託案。雖然日商已對試用結果表示滿意，但表達仍希望使用新機型光束線設施；囿於該中心因現階段尚未對國外開放新機型服務，目前進行內部研議中。國合團隊將持續扮演雙向的溝通橋樑，居中協調、疏通調節與取得共識，力促此一國際服務合作案；冀期透過此一服務合作案，能更進一步落實將國內學研界與國際產業鏈連結，累積市場經驗，提昇臺灣國際服務水準。一、第二屆臺日研習會，除了整年度雙方窗口對窗口共同籌劃及不斷討論溝通外，日方為促進後續具實質合作方向，積極地針對雙向配對的各議題，一一深入釐清哪個方向最具交流綜效，這種真誠與嚴謹的專責幕僚作業與專責辦公室的投入，值得讓我們學習與改進。二、日方來臺灣與會的研發學者們，讓我方親自目睹與經驗，日本學者間雖原先彼此間並未熟悉或認識，一方面是由於不同面向與科別的專業癌症領域，另一方面是學者來自不同大學或研究機構；但齊聚一堂，日本 ARO 研發學者，卻充分展現日本民族性團結一致的向心力特質，這的確衝擊我們對內合作仍不足的思惟與作風，賦予臺灣產官學研界的國際合作新思惟；進而透過雙方合作的凝聚力，奠定對整體臺灣的信任與中長期國際夥伴關係，以產品化合作目標前進。三、相對地，臺日雙方交流下，日方透過與 NRPB 交流，了解臺灣產官學研界的多年努力成果、能力與能量，如 TCTC、產學橋接中下游的專業服務及成為世界第一核准肺癌藥物的國家暨法規單位之配合，這些環環相扣的合作與努力，亦成為日本 ARO 及日本學者們，朝向與臺灣合作之新思惟。四、臺灣與日本 ARO 的合作綜效，最重要的價值，是協助我國建立亞洲及全球系列鏈的國際合作網絡：(一) 藉由與日本學界聯盟平臺，創造了雙方學研界的合作管道，為國內生技醫藥的研發者，開創另一國際合作的機會。優勢包含：國內研發者，於遭遇困難時，可尋求國際夥伴合作與集思廣益的突破瓶頸，特別是臨床前至轉譯階段的研發階段，進而推向下游臨床試驗研究及邁向產品化目標。國際新藥從研發至上市，成功案例的期程是約 13~15 年的資源與人力的投入，藉由國際合作，期能縮短新藥上市所需時程。(二) 藉由加入日本 ARO 發起全球合作，成功將臺灣臨床試驗環境及 TCTC 推廣至亞洲其他國家；進一步擴展至全球的國際舞臺。期能讓臺灣的生技醫藥研發能量、臨床試驗品質及臨床管理系統等優勢，於最後階段的銜接下游臨床試驗至產品上市的實力，於國際舞臺，站穩一席之地；同時開創更多國內外藥廠投入資源的機會。(三) 為因應日新月異新療效等面向產品化，國際法規單位面臨重重挑戰。借重本項全球化的合作，牽動各洲各國法規單位的把關、省思及調整更新，促進全球一致性審核標準。期能加速國內臨床試驗各階段審查，讓新藥全球同步、全球上市目標落實；這也可促進國內業界之早期臨床試驗於國內進行，節省成本及達成最大成效。五、與日本 JPMA 的網絡平臺綜效：(一) 隨著全球醫藥市場競爭越趨激烈，跨國藥廠都已朝向協同合作方式進行藥物開發，透過合作分散風險，並深耕夥伴關係。國際藥廠如 Merck、Pfizer、Novartis、AstraZeneca、及 Takeda 等都推出各種產學合作，以推進藥物開發及尋找新治療方向。亦如 2015 諾貝爾醫學獲獎的美國學者為例，他長期與美國 Merck 產學合作，穩固夥伴關係超過 30 年。藉與 JPMA 網絡平臺交流，期能引入更多日商投資臺灣研發者外，亦可透過 APAC 之開放式創新，推動亞洲地區跨國合作，以實現藥品開發合作，共同解決亞洲地區病患的各式疾病；也讓臺灣政府長期投入的亮眼的研發成果，成功吸引其他國內外藥廠之資金挹注與共同研發，不但補足我國資源的限制，更可加速研發成果的產品化，間接讓臺灣於亞洲及國際生技領域上，成為生技醫藥研發的重鎮之一。(二) 與日本製藥協會的二日商的跨領域之 TLS 委託服務，宏觀生技發展上，該服務目的不是收費事宜，真正價值是讓臺灣學習：日本如何將光電運用到新藥開發產業上的效益。日商藉由使用臺灣之設備，開創新藥研發的可能性；臺灣則是向日方學習該設備未來可被運用於開發新藥新方向與技術，期能開發國內後續相關產業的發展。六、臺灣已建立與日本 ARO 及 JPMA 等夥伴關係，增加國內研發者的國際合作機會外，透過國際合作，可吸取國外產學研界的研發策略及產品導向的心智和研究精神。這些國際網絡平臺亦間接的協助我國人才斷層的潛藏危機，借助國內研發團隊參與國際合作，夥伴間不斷溝通與討論，讓創新研發之概念落實外，亦帶動國內年輕世代學習、累積國合經驗和建立國際競爭力的信心，凝聚年輕世代學者榮耀心及凝聚力，共同開創新世代的生技醫藥里程碑。七、NRPB 國際合作的角色，除支援暨推廣 NRPB 整體成果的國際橋樑外，亦拓展具可能合作的新國際夥伴與網絡。借重於國際夥伴的優勢與資源，提高我國生技醫藥創新能量的實力及國際角色。生技醫藥的進步，除產官學研的環環相扣的投入資源、齊心共識的共同努力外，與國際夥伴的共同創新研發，同為重要。誠如 NRPB 總主持人楊校長於 2017 年 3 月的內部討論會議，感性與理性兼備的勉勵研發學者，亦讓 NRPB 國合團隊省思:「NRPB 建立的臨床資訊中心暨管理系統，最大效益的發揮，是讓更多國內外臨床醫師的使用與運用，讓系統國際化及普遍化，促進更多產品上市目標。雖臺灣因各種因素下，臺灣可以走得慢，但臺灣絕對不可停留不走。例如，臺灣須跟著日本 ARO 的全球策略腳步一起前進、互補與學習，才能維持臺灣基本國際競爭力。否則今日臺灣的優勢，將成為明日臺灣的落後」。臺灣政府先後推動的各階段性任務導向的生技醫藥行動方案，乃至現在的「生物經濟」與「5+2」產業，其目標皆為促進我國生技醫藥產業暨國際化的發展，讓臺灣於有限資源下，仍可立足於國際生技醫藥舞臺。NRPB 的國際合作辦公室，在因應與配合政府政策之下，已與國際生技醫藥相關的聯盟建立國際交流的穩定基礎。誠如「百年樹人」的前瞻性思惟和諾貝爾得主普朗克教授所言:「心智」決定一切可能性。珍惜建立不易之國際合作成果與友誼，期盼 NRPB 轉型後，對國際合作之推動仍能有相關承接機制。 | science |
邁向高科技學術創業 | 現今校園不只鼓勵學術發表，也鼓勵學術創業。在各式各樣的創業型態當中，難度最高，成功後利潤也最高的當屬「高科技創業」。這是以高科技為核心，雖說容易建立起技術門檻，藉由專利或者專業知能給產品、過程或服務特定的保護，提高獲利空間。但整個流程並沒有想像中簡單，想到就能做到那般水到渠成，需要有人在其中根據商品化的方向去努力，因此在這篇文章當中想提示一些重點。所謂「商品化的方向」, 是指從研發構想，經過產品設計、產品製造、推廣上市，最後能營運獲利。學術界大約多數在「研發構想」這部分，通常有項技術突破、原理發現，那就足以發表文章。但要達到商業上的「研發構想」則需要有耐心去找出最佳的參數，推敲適當的應用之處，然後設計出有吸引力的產品，並能規劃出產品流程，接下來還要能推廣上市，因此這跟學術研發還是有點不同。 此外，光就研發來說，商品化的研發可能不如學術上的研發這麼令人興奮，能夠獲得知識探索的樂趣，最主要需要的是耐心，不厭其煩地從繁瑣當中找出一條可以規律常走的路，獲得一個穩定可靠的結果。其次，常有學者認為自己的技術最新最好，那產品一定會最好，也一定會賣的最好。不過這當中並沒有「一定」的關係，說不定比較了解市場的人能夠嗅到產品商機，了解市場的需求，而尋找適當的技術來滿足消費者需求時，不見得學術界最新、最好的技術所做出的產品就最好，最重要還是看能否滿足消費者的需求。像蘋果系列的產品所用的技術並不難，但重點在於它掌握到人們使用平板、手機所需要的便利性，因此在設計上有很多突破，讓人不論男女老幼、工作休閒都喜歡使用，這就是非常成功的產品。也讓人了解商品要能符合需求甚至創造需求，這會比技術的艱深先進還更重要。此外，同一項技術可能可以應用在不同的產品上，新創公司要一項一項來，若同時發展過多產品會讓資源分散，此時如果沒有收入，只會增加自己財務上的壓力。至於如何安排產品發展的優先順序呢？一般而言，最穩當的是方法是先找較低階、市場大的技術來做，這可以讓自己有機會練兵，確認技術沒問題，又能有收入。也許有人就是志在高階產品，但在做之前一定要確認自己的經費夠，技術能力夠，而且跟那高階產品市場是可以連接上的，這難度真的很高。從校園中走出來的技術團隊，還要注意「時間感」。業界的時間感跟校園中的時間感很不一樣，這可以從很多面向來講。最簡單就是學校有寒暑假，有期中、期末考，但業界沒有，不過這樣的調適應該沒有太大困難。比較有困難之處，第一點，學術界針對研究問題，會希望徹底將它搞清楚，才能發表論文，因此有的時候等個兩、三年去思考如何讓理論對稱、守恒，使演算法達到完美；但業界通常要搶上市的時間點 (Time to Market), 因此有時趕出來的第一版並不完美，不過如果能夠先有可堪使用的攻上市場，讓人留下印象，之後再慢慢修改，會比較有機會。不過那些「不完美」要讓人覺得僅是小瑕疵，不能是致命的問題，否則如果是有安全疑慮的問題 (如手機電池自燃、汽車煞車系統等), 這樣的不完美就絕對要等待修改至沒有問題才推出。有關時間感再提一件更重要的事情，就是我們拿技術比較時，通常認為自身技術比業界現行技術好個二倍、三倍，就認為自己的產品一定有競爭力。但是要把技術轉換成商品需要時間，這通常要 3、5 年的時間。要知道這 3、5 年間，業界也會不斷研發進步，如果原先領先幅度有限，那等到自己產品出來，可能也不具優勢，很難吸引消費者青睞。這項時間感的差距，才是重要但容易被新手忽略的。接下來從團隊組成來看，求學過程通常會跟相同知識背景的人在一起，但技術創業的這條路上，需要聚集不同背景的人才容易成功。因此想從事高科技創業發展的人，一定要有跨領域溝通能力，找到自己技術構想的重點，讓人可以快速抓住重點，大家才有討論的基礎。這跟學校循循善誘讓人把細節都搞懂並不相同，不過細節還是要交給專業人員負責。此外跟人合作時不要陷入成績迷思當中，認為對方一定要哪個大學、成績多好才配跟自己合作。做事還是要找誠實可靠、虛心肯學習、樂於溝通的會比較好。最後針對商品行銷也提示一點可行的方式。雖然行銷通常不會是學術界的專長，但既然決定走向學術創業，就別小看這一環。這部分所要花費的資源，絕對不比研發時期還少，可能還會多上好幾倍。但這也不是光花錢就會有效果，一開始如果對此不熟悉，不妨藉由參加國內外的競賽來提升能見度，這是花費最少的宣傳方式，還有可能吸引人來投資或合作。不過這是個過渡方式，千萬不要參賽上癮，就一直以比賽為目標，而忘了產品上市所要走的方向，那就喧賓奪主了。以上說的幾點：具有商品化的整體發展方向、不厭其煩地釐出可行作法、重視市場需求、排出適合的產品發展優先順序、掌握業界的時間感、最好有異質性團隊並能跨領域溝通、善於行銷，大家記得起來嗎？建議各位可參考許多成功或失敗的範例，以讓自己對學術創業有更多深刻的了解。這裡也推薦工研院就有許多公開的故事可以讓大家參考，大家可以從網上找資料閱讀後思考：剛從國外學會高深的半導體技術，為什麼回來的第一個商品選擇電子錶？臺灣學回來做的產品良率那麼高，為什麼一開始沒人要買？那一段不僅是臺灣發展的重要歷史，也可對後人許多啟發，而它最近常在國際上得獎，也是對創新技術最好的宣傳，希望大家閱讀後不會光依樣畫葫蘆，而是能思索當年各項選擇的原因，規劃出適合自己的作法。 | science |
論文造假:臺灣大學非大學? | 中國春秋時期，公孫龍提出白馬非馬命題，不管詭辯與否，經過 2500 年，在臺灣依然有現實教訓，特別是學術操守與承擔的辯証。從郭明良團隊論文造假看，如果「白馬」(雙屬性) 非「馬」(單屬性) 站得住腳，「臺灣大學」就非「大學」了。即使面對千夫所指，臺大與校長楊泮池的反應拖泥帶水，的確看不出大學格調和風範，更踐踏知識和真理尊嚴。臺大特別委員會指出，楊泮池擔任多篇論文共同作者「合宜」, 不過「找不到理由」須辭職，三言兩語，避重就輕，把責任洗刷乾淨。像白馬非馬，唯一的辯解立足點是，共同作者 (集體屬性) 非作者 (個別屬性), 只有作者 (郭明良和張正琪) 應為個別行為付出代價，刑不上集體，尤其是校長。邏輯上強渡關山，楊泮池也就全身而退，「不續任」的宣稱多少掩耳盜鈴。不論有意或無意，有關責任歸屬，臺大特別委員會和楊泮池似乎見樹不見林，只看到郭明良和張正琪的個人或局部錯誤，導至數據偏差，忽略了整篇論文因而產生的誤導，甚至曲解結論，對知識和真理難免造成更大戕害。在學術研究領域裡，只要列名作者，論文一旦刊登，白紙黑字，所有作者勢必要肩負三層相互糾葛的倫理關係：作者與作者、作者與論文及作者與期刊，三者之間涵蓋個人誠信和集體道德擔當的雙重原則。臺大特別委員會顯然在作者跟共同作者之間做了二分法的切割，才會斷定楊泮池排列共同作者「合宜」, 卻不必承擔論文造假的直接或間接責任。從委員會到楊泮池，說穿了不外是，他並未跟郭明良或張正琪沆瀣一氣，「共同」造假，要分攤其他作者的學術倫理缺陷，不免株連九族，茲事體大，更何况牽涉大學校長。新任科技部長陳良基曾任臺大副校長，他要求比照國外期刊，把論文共同作者的責任和貢獻劃分清楚，亡羊補牢，遠水卻救不了近火，多少還合理化臺大的鴕鳥作為。當然，科技部是否可以直接干涉大學的行政自主和學術自由則是另外一回事。除非是單獨作者，一篇學術論文從構思、數據收集、分析到寫作的整個過程，在技術或操作流程方面，所有參與的作者可以勞力分工，各司其職。論文完成後產生的研究結果，特別是新知與見解的知識宣稱 (knowledge claim) 和效度 (validity), 卻不可能因作者人數多寡而進一步細分。學術研究與知識效度並非零和遊戲，一篇好論文不會因作者眾多，而減輕品質份量；一篇壞論文也不能因單一作者，藉口力有未逮，而濫竽充數。不管單打或群鬥，作者與論文良窳的功過，只有質的概括承受，沒有量的均分稀釋。臺大對造假案的處分，依據的或許是一套機械化的數學邏輯，幾番加減乘除，推算到楊泮池，責任就奇妙的歸零了。因為事不關己，楊泮池對錯誤部分無須負責；反過來說，如果這些論文的數據毫無缺陷，在知識宣稱上，又極具創見和突破，楊泮池在貢獻方面到底會如何取捨？弱水三千，只取一瓢？不管是自然或社會科學，任何像樣的期刊，在編輯政策或投稿須知中都會明文規定，論文由送審到接受刊登，作者應保証研究是原創、數據真確、程序符合道德規範，内容毫無抄襲，更沒一稿兩投。儘管不具約束力，在知識生產和真理追求上，這些要求是學術期刊與作者雙方難以推諉的起碼倫理和職責。臺大特別委員會找不到理由要楊泮池負責，如果不是認定「共同作者」不等於「作者」, 便是無視知識和真理為何物。楊泮池宣佈「不續任」, 也未必是向真理低頭。 | science |
2017年阿貝爾獎公布表彰小波分析理論提出者 | 【本刊訊】挪威阿貝爾獎 (Abel Prize) 於 3 月宣布 2017 年得獎人為法國巴黎薩克雷高等師範學院榮譽教授梅耶爾 (Yves Meyer), 表彰他對「小波分析」理論的貢獻，這項理論對於電腦訊號、數位信號等領域有相當大的影響。將於 5 月 23 日於挪威頒獎，得獎者預計可獲得獎金 70 萬美元。梅耶爾於 1939 年出生於法國，並 1966 年獲斯特拉斯堡大學博士學位，之後於巴黎第十一大學擔任數學教授，後來又曾在巴黎綜合理工大學和巴黎第九大學任教，於 2008 年退休。於 2010 被授予國際數學家大會頒發的高斯獎，表彰他對數論、算子理論以及調和分析的基礎，以及多解析度分析的關鍵性貢獻。他的研究內容包含理解複雜和變化形式的數學函數。小波分析與法國數學家傅利葉 (Joseph Fourier) 提出的傅利葉分析法相關，傅利葉可將複雜波形訊號轉換為簡單波形疊加，「小波 (wavelet)」一詞是由法國地球物理學家莫萊 (Jean Morlet) 和物理學家格羅斯曼 (Alex Grossman) 提出，當時為分析地震波的新工具。梅耶爾在看到莫萊與格羅斯曼的研究論文後，立刻前往拜訪兩位科學家，投身小波研究。梅耶爾相當興奮，並形容在看到小波理論的過程感覺像是終於找到了家。1985 年提出「梅耶爾小波」, 越來越多研究人員投入相關領域研究，開創應用數學新領域。許多領域都會大量使用小波分析轉換，包含分子動力學、天文物理學、地球物理學、光學、量子力學等。最常見的應用為影像壓縮，利用小波變換處理原始影像，再將處理後的數據編碼，得到有效壓縮，適用於非規則性訊號。小波分析也常用於音樂訊號分析、影像邊緣偵測、遙測影像分析、生醫訊號分析 (如心電圖、腦波圖等)。阿貝爾獎自 2003 年宣布開始頒獎，每年頒發一次，由挪威科學與文學院所頒發，被視為數學界最高榮譽。新聞來源:http://www.abelprize.no/ | science |
把機器「變聰明」快速複製每個完美 | 加工製造產業是門藝術，但即便技藝再怎麼精湛，人與機器的搭配仍存在著瑕疵出現的機率，若想精湛演繹出每個完美作品，又勢必得犧牲效能。該如何打破瓶頸？工研院跨國研發出「製程優化軟體 SpeedPro」, 成為加工機器最聰明的「腦袋」, 讓完美不斷重現。加工產業製程技術日新月異，不過仍有人工操作無法駕馭的難題。比方說，航太零組件要求高度安全性與可靠度，廠商常需用整塊胚料直接加工，多數工件切削移除量逾九成，且零件形狀複雜，加工時間冗長，像是為達到複合曲面薄形結構件的要求，多數航太零組件廠商必須採購高價的五軸加工機，投入的設備成本較高，且尚需有經驗的技術人員程式設計，盡可能提升生產效率，但仍難跳脫打樣成本高昂、產能緩慢、良率不高等宿命。 2011 年起，工研院研究團隊前往位於加拿大的英屬哥倫比亞大學，揭開「加工數位化」的研發序幕。工研院智慧機械科技中心智慧製造技術組組長羅佐良說，研究主旨是將加工製程模擬化，研發過程不僅需要許多專業人才投入、量測各式機器，並建立資料庫。歷經國際團隊磨合、溝通，慢慢培養默契，終於共同研發出「製程優化軟體 SpeedPro。」工研院與英屬哥倫比亞大學攜手合作，分工細膩，歷經無數實驗、蒐集各式材質、刀具的切削應用數據，建立龐大資料庫後，再由工研院構思出優化製程軟體。「回到臺灣後，我們進一步思考如何降低業者的使用門檻，畢竟，再好用的製程優化軟體，必須方便普及，才能幫助產業提升。」羅佐良表示，唯有將龐大資料庫寫成程式直接裝在工具機裡讓客戶使用，才是最佳方式。SpeedPro 導入切削路徑參數診斷及優化服務，搭配機台切削性能量測分析，不僅切削力穩定，能精控轉速、切深，延長刀具壽命，也能使機台主軸負載更穩定。「以往需仰賴資深工程師、老師傅經驗的加工製程，常因能力有限，無法預知機器的極限，得不斷在失敗中找答案。SpeedPro 就是幫人駕馭機器，掌握生產過程中的變數，讓每個細節量化、提升產品良率。」目前加工製造業普遍使用的輔助製造軟體，往往只考慮幾何精度而忽略切削力學對加工品質的影響，通常得仰賴工程師的經驗，不斷的嘗試錯誤才能找出可用的進給率參數，且一段加工路徑只能設定一個固定的進給率，無法根據路徑的幾何特徵、刀具與工件的接觸條件設定連續變化的進給率；此外，若欲在製程中變更進給率，使用者需取得原有 CAM 程式，無法即時在加工機台現場調整，耗費時間及人力。SpeedPro 結合了切削動力學與最佳化方法，計算出加工路徑上每一點的最佳進給率，可避免進給率設定錯誤造成刀具、工件甚至機台的損壞，且 SpeedPro 能提供線上加工程式診斷機制，能於現場機台進行製程診斷及優化作業，這也是能大幅改善生產效率的重要技術。羅佐良指出，所有加工產品就屬航太零件的製程最費時、成本也最高。團隊做過實測，人工操作機器得花做 20 幾個小時才能產出的航太零件，SpeedPro 運用數位、量測的技術，六小時就完成精度極佳的產品，相當於提升了四倍效率。針對不同產業、產品，優化效果也不同。比方說，某樣已花 10 年時間累積經驗的產品，此時導入 SpeedPro 優化製程，通常能再提升 10 至 20% 的效能；另一個推出僅一、兩年的產品開發，SpeedPro 協助後進步比例之大，甚至能用「倍」來計算的。羅佐良說，「製造業常常面臨打樣需時一個月、做出第一樣成品又要一個月的窘境，上生產線後因製程效率差，可能還等花兩、三年時間慢慢修正。SpeedPro 的優勢是一次達到最高水準，以最短的時間完成打樣，高效率就能搶得商機。」SpeedPro 亦能協助產業控管產品良率。如同書寫時寫快字會潦草，寫慢字就工整般，寫出的文字是要展覽用，或者僅是記事用的，可依需求不同而變化。相同的，加工時能調變參數，端看客戶是需要快速生產，還是強調品質極致，皆能依需求調整最佳生產時間，進而掌控產品的品質能一致。此外，SpeedPro 也適用於任何加工製程，透過軟體計算發揮機器極限，提升效率，加工時間就會縮短。羅佐良分享團隊現階段努力的方向:「未來加工優化製程軟體能像 3D 列印技術般，放入圖檔與材料，機器就精算出製程，包含圖檔轉換為加工路徑、加工路徑再自動優化，這些都能直接在工具機裡完成，進而順利生產，過程中不再仰賴人力，又能降低成本，增加企業競爭力。」羅佐良透露，團隊正在建置一個平台，除 SpeedPro 優化製程軟體外，持續研發數個不同功能的軟體，將來都可以用「下拉選單」的方式讓客戶使用。目前多以「合作共享」的方式讓廠商試用，這樣可以蒐集更多寶貴數據，讓 SpeedPro 軟體更強大。提升切削製造技術向來是世界各國的產業發展重點，唯有強化製造業的競爭力，才能厚實國家經濟發展實力。SpeedPro 優化製程軟體提供產業快速整合應用的捷徑，協助產業升級，相信不久將來，臺灣加工製造業就能傲視群雄、站上新高度。 | science |
高穩定藻褐素和小分子褐藻醣膠能輔助癌症與慢性疾病 | 【本刊訊】由臺灣褐藻醣膠發展學會主辦的第九屆臺灣小分子褐藻醣膠國際研討會在 2017 年 3 月 5 日舉行，邀請學者們發表臺灣小分子褐藻醣膠相關研究成果。糖尿病是全世界最嚴重、最複雜的慢性病之一，罹患的人數在每年都逐漸上升。而在臺灣，因慢性腎臟病而需洗腎的患者，約大概 40% 的人是因為糖尿病所造成。在洗腎人口眾多的臺灣，若能夠找到一個能夠穩定血糖的好方法，或許能夠減少或延緩更多慢性疾病的產生。最近，由臺灣小分子褐藻醣膠發展學會所研發的小分子褐藻醣膠 (Oligo Fucoidan) 及高穩定藻褐素 (HS Fucoxanthin), 能夠有穩定血糖的功效。由於臺灣海域附有大量的藻類資源，因此透過產、官、醫學研發共同攜手合作，篩選出了適合褐藻，再利用獨特的低分子化及包覆技術，製成高純度、高濃度的小分子褐藻醣膠及高穩定藻褐素。且在進行多項實驗檢測後，發現對於慢性病有輔助治療的功效。除此之外，也發現了臺灣小分子褐藻醣膠能顯著降低腎臟發炎、抑制腎小管間質纖維化，而高穩定藻褐素則能減緩腎小管細胞死亡，以提升腎臟功能。且透過動物試驗也證實了這 2 種保健食品能對於血糖有明顯下降的現象。研究人員也表示傳統治療是以調降血糖為目標，部分藥物則是以提高胰島素分泌為治療手段，然而有時積極用藥卻會造成胰島細胞凋亡而面臨洗腎的結果。因此這項結果對於洗腎患者則是一大幫助。除了與糖尿病相關的治療進展外，高雄醫學大學研究團隊也發現臺灣小分子褐藻醣膠能夠輔助大腸直腸癌病患。大腸直腸癌由於近年來高熱量、高指飲食的型態改變，使得臺灣盛行率不斷提升，是現代人的文明病之一。因此，研究團隊先前利用細胞與動物實驗，發現了使用臺灣小分子褐藻醣膠後具有抑制癌症生長與轉移的效果。爾後，開始使用褐藻醣膠進行人體臨床試驗，受試者為接受化療及標靶藥物治療的轉移性大腸直腸癌患者，隨機分成實驗組 28 位，每天食用臺灣小分子褐藻醣膠；對照組 26 位，每日服用安慰劑，並在雙盲試驗下進行。結果發現，有使用臺灣小分子褐藻醣膠的病人，疾病控制率可達 92.8%, 顯著比對照組增加約 23.6%。透過此實驗發現，臺灣小分子褐藻醣膠搭配標準的化療及標靶藥物，可以有效提升轉移性大腸直腸癌病人疾病的控制率。而在這過程中，也沒有觀察到明顯的副作用發生。未來臺灣褐藻醣膠發展學會會持續更多的研究，希望能夠幫助更多不論是慢性病患者或是癌症患者，改善生活或更完善的治療。新聞來源：臺灣小分子褐藻醣膠，〈高穩定藻褐素及小分子褐藻醣膠 控「糖」降「脂」一起罩〉,2017 年 3 月 20 日。 | science |
敘利亞化武攻擊造成百人傷亡 | 【本刊訊】位於敘利亞西北部伊德利卜省中的汗謝琿 (Khan Sheikhun) 城鎮，在當地時間 4 月 4 號，據傳受到敘利亞總統阿薩德 (Bashar al-Assad) 所領導的政府軍使用神經毒氣攻擊，已致使超過 70 位民眾身亡，數百人受害。美國總統川普 (Donald Trump)、德國總理梅克爾 (Angela Merkel) 等領袖同聲譴責，強烈抗議阿薩德政府已嚴重觸犯國際公約與人道精神。但敘利亞政府軍與俄國矢口否認使用任何化學武器，並指稱此毒氣來自於反抗軍的武器工廠，認為歐美等國的情報有誤。汗謝琿居民目擊政府軍對當地實施空襲後，便有許多人產生神經毒氣中毒的徵狀，如呼吸困難、嘔吐、瞳孔縮小、口吐白沫、痙攣等，這些特徵很可能是沙林 (Sarin) 毒氣所導致。然而，若要確定所使用的化學武器種類，則仍需專業人員採集受難者檢體與土壤樣本送至實驗室進行化驗後，才能進一步確知成分。沙林最早在 1938 年由德國納粹所生產，原本是作為殺蟲劑所使用，但後來被發現具有軍事用途的潛力。沙林在室溫下是無色無味的液體，並可揮發為蒸汽，一般藉由皮膚接觸或進入呼吸道，抑制人體中的乙醯膽鹼酯酶來破壞神經系統，暴露於過多沙林將會導致死亡。作為武器時，通常以火箭或砲彈形式發射，在衝擊力下沙林得以化為極小微粒，易於進入人體呼吸道。有效對抗沙林的方法之一，是使用阿托平 (atropine) 解毒劑來防止沙林作用在神經系統上。為避免敘利亞未來可能的毒氣攻擊，專家也呼籲儘速提供防毒面具給交戰地區的民眾。2013 年，阿薩德政府軍也曾在大馬士革東部郊區古塔 (Ghouta) 有過使用化學武器的紀錄，當時政府軍為從反抗軍手中爭奪據點而使用了沙林毒氣，並因此造成超過千人傷亡。在聯合國等組織的壓力下，敘利亞總統阿薩德曾聲明同意放棄並銷毀所擁有的化學武器。但至今來看，政府軍依舊保有部分化武，歐美等國仍無法有效嚇阻阿薩德政府對於平民的所作所為。從 2016 年始，在俄國、伊朗的支持下，政府軍已逐漸重整勢力，從反抗軍手中奪回如阿勒頗 (Aleppo) 等重要據點，並一步步進逼反抗軍所剩不多的聚集地。敘利亞內戰從 2011 年爆發後已持續長達 6 年，除政府軍與反抗軍之間爭戰不休外，還必須面對伊斯蘭國 (ISIS) 的侵擾。連年征戰與無情的轟炸，已有近 50 萬人喪生、超過 400 萬人被迫離開家園，甚至出逃至其他國家尋求庇護，進而引發二戰後最大難民潮。新聞來源:theguardian, Syria chemical weapons attack: what we know about deadly air raid, 2017/4/5. | science |
吸食大麻後的如醉似幻-這是什麼癮頭? | 知名的雷鬼歌手馬利 (Bob Marley) 是位天才型的音樂人，著名的作品〈不，女人，別哭〉(No woman no cry) 就是由他所唱，螢幕上的他總 是綁著黑人辮子頭、彈著吉他、嘴裡永遠含著一根粗粗的大麻菸。他支持大麻合法化的言論強而有力──這是自然的產物，讓大麻非法豈不意味著上帝犯了錯？(許智翔繪製) 有趣的是，這也是筆者多年來在臨床情境聽到的言論。身為成癮科專科醫師，看了無數自願或非自願來就診的成癮病人，在各種非法物質使用者裡，大麻使用者是最特別的。其它合成的非法物質包含安非他命、搖頭丸、K 他命、甚至新興毒品甲氧麻黃酮 (mephedrone, 俗稱喵喵) 等的使用者，被問起過去其它物質使用史時，多數都會提到自己曾經使用多種非法物質，如先去夜店用過搖頭丸，後來用到安非他命，爾後在哪些情境下逐漸成癮的歷程。然而在臨床觀察裡，單純的大麻使用者似乎是個例外。每每被問到過去是否使用其他非法物質時，他們的答案經常是:「我不碰那種東西的，我只用自然的東西，合成的我不碰。」合成的我不碰，是個有趣的答案。臺灣的大麻使用者十分清楚，大麻在臺灣是法定二級毒品，刑責比三級的 K 他命還高，也因此不少其實是被警察抓到後，經地檢署判緩起訴戒癮治療，在法律的威嚇下非自願來到筆者門診的個案。「天然ㄟ尚好」這個概念，似乎深植民眾心中，光是大麻是土地裡長出來的這個事實，似乎就在大麻使用者的心裡劃出了一條界線。這個界線是超越毒品危害防制條例的一級二級三級分類的，似乎也呼應著馬利所說的話:「我用的是天然的、從土裡長出來的東西，是這個社會讓它非法的，錯的是這個制度，而不是用大麻！」大麻，曾經是被當寶貝的東西。古今中外，皆可見其蹤跡，不僅《神農本草經》、《爾雅翼》、《詩疏》到《本草綱目》都有記載，李時珍更寫道:「大麻即今火麻，亦曰黃麻，處處種之。剝麻收子，有雌有雄，雄者為枲，雌者為苴。大科如油麻，葉狹而長，狀如益母草葉，枝七葉或九葉，五六月開細黃花成穗，隨即結實，大如胡荽子，可取油剝其皮作麻，其梗白而有稜，輕虛可為燭心。」這種大麻「全身是寶」的觀點，從其所含的油脂、外皮到莖梗皆有其實用之處。圖一：大麻「純天然」的形象。(Pixabay) 而國外的文獻中，最早至新石器時代的羅馬尼亞，到古印度教都有其蹤跡，毀滅之神濕婆更要信徒崇拜這個植物。由於大麻有鎮靜和興奮及迷幻效果，部分宗教也將大麻使用認為是更接近神的「聖禮 (sacrament, 用 於宗教儀式)」。然而，早遠的食用大麻經驗中，亦可見其過量的風險存在，《神農本草經》中的記錄為:「多食令人見鬼而狂走...... 久服通神明輕身。」從其可知，食用大麻的分寸拿捏是個關鍵，這是個會影響大腦運作、須謹慎為之的物質。是狂喜還是毀滅？淺談大麻於人體的運作機制那麼大麻究竟是靠著什麼機轉，影響著人類腦部的運作呢？乾燥的大麻花或葉子，含有大麻素 (cannabinoids)(圖二), 具有影響中樞神經的作用，目前所知被認出的大麻素已超過 100 種，不少地下製藥實驗室也在試圖合成大麻素，部份效果十分強效。由於人體原本就有自己的大麻素成份，腦部也有所謂大麻素受體 (cannabinoid receptor), 通常呼了大麻之後，約 30~60 分大麻素就可到達腦部和大麻素受體結合，受體和大麻素結合後可帶來以下幾種可能的效果，例如愉悅感、影響記憶、思考、肢體活動、食慾甚至緩和痛覺，也因此，相關的醫用大麻研發目前往抗發炎、愛滋用藥、多發性硬化症、止痛、憂鬱焦慮和抗癲癇等方面發展。圖二：乾燥大麻花或大麻葉皆含有大麻素。(Wikipedia) 大麻素最常被提及的 2 種，一為大麻二酚，另一個則為四氫大麻酚，兩者主要差別在於後者被認為是一種精神活性物質 (psychoactive substance), 是呼了大麻之後「high」的主要來源，也因此四氫大麻酚一直被認為是大麻成癮的罪魁禍首。它會改變人的感官知覺 (如時間感變慢、顏色變更鮮豔等), 高劑量使用的時候，甚至會引起幻覺或是妄想，極少數有奇特或暴力的行為，部分國家將任何含有四氫大麻酚的物質皆視為是非法，故除了美國、加拿大和部分歐洲國家之外，多數國家包含臺灣，販賣與抽食大麻皆仍屬非法。值得注意的是，根據美國藥物濫用署 (National Institute on Drug Abuse, NIDA) 的報告指出，在 1990 年代，市面上大麻中的四氫大麻酚含量只有 3.8%, 到了 2014 卻提高到 12.2%, 由於其對中樞神經的影響是隨著劑量、成癮性愈高，造成幻覺和妄想的可能性也愈高，濃度日益趨高的四氫大麻酚產品出現於市面上，的確是值得憂心的。由於非法物質使用長期以來就和低社經地位及低教育背景呈高度相關，也因此大麻究竟會不會對腦部有長遠而不可逆的影響，在醫學界之爭辯喧騰一時。最近幾年，隨著大型世代研究 (cohort study) 的發表及腦部影像學檢查的日漸發達，終於有較為初步的結論：青少年時期開始長期而高劑量的大麻使用，已經被證實對腦部可造成不可逆的傷害。在老鼠的研究裡，出生前如果就暴露於四氫大麻酚，出生後會有顯著的學習及記憶障礙，這當然意味著孕婦的大麻使用是高度不建議的。人類的研究中，青少年的四氫大麻酚暴露和工作記憶、空間感、智能靈活度和學習力相關。長期的世代研究裡，我們發現高劑量而長期的使用的確會造成顯著的智能商數 (IQ) 下降。核磁共振的影響學檢查讓我們發現，左側海馬迴區域內 (left hippocampal area) 灰質顯著增加，意味著神經發展中突觸的行程受到干擾。通常人類老化的時候，海馬迴內的神經元會逐漸死去，並降低我們學習新事物的能力，長期暴露於四氫大麻酚下，會加速這區域神經元的流失。動物實驗也證實高劑量且長期的四氫大麻酚的危害：老鼠研究裡，老鼠每天暴露於四氫大麻酚達 8 個月者，其神經元流失是未曾暴露者的 2 倍。因此，目前的共識是長期而大量的大麻使用，絕對是不建議的，大麻因其天然而不會成癮這樣的迷思，當然也備受挑戰。大麻是怎麼非法的，又怎麼合法的？娛樂性大麻使用習慣是在 20 世紀初由墨西哥移民帶至美國，然而一直到 1930 年左右，大麻開始被專家認為和暴力、犯罪及反社會行為相關，當然這也得從美國自己的社會經濟發展史說起。美國的第一次經濟大蕭條 (Great Depression) 發生於 1929 年，當時社會對於外來移民的湧入十分不滿，因此當部分大麻相關的暴力行為發生時，在主流媒體的推波助瀾下，也促使各州立法分別讓大麻非法化，直到 1932 年，美國終於全面將大麻非法化。由於美國的禁酒令也發生於 1920~1933 年，故此事件也被認為和大麻非法的改變有關；部分學者則認為，當時妖魔化大麻、宣傳大麻會造成暴力行為等，是為了遏止大量湧入的墨西哥移民。由於以上的歷史，部分學者認為大麻列為一級管制毒品與打擊墨西哥移民有關，加上醫療用大麻的療效逐漸被證實，近幾年大麻合法化的聲浪在世界各國被討論。時至今日，醫療用大麻已經於 30 個州合法，而娛樂性大麻已經在 9 個州合法，其他國家包含澳洲，也已將大麻合法的提案送入國會討論中。討論大麻合法化時，得先弄清楚 2 個名詞，一是除罪化 (decimalization), 另為合法化 (legalization), 前者是指不用刑罰對待大麻使用者，後者是指製造、販賣與使用皆為合法。這波美國大麻合法化的論述，其實仰賴著公衛、醫療及社會學的證據支持。第一，目前研究顯示美國人大麻終生盛行率其實很高，也就是說即使在非法的狀態，公衛研究仍顯示超過半數的美國人使用過；第二，大麻成癮造成功能下降的比例相對其他非法物質較少；第三，大麻合法化後的稅收，可以提供給州政府進行許多重要建設、甚至是提供成癮治療給需要者。最後，也是最重要的推力，是關於公平正義的論述：絕大多數因大麻使用被逮捕的，多為青少年或年輕人，其中，有色人種又是白人的 4 倍之多。在除罪化以前，每年因為大麻持有被起訴的年輕人將近 40 萬人。再者，以麻州為例，高達 90% 的大麻持有個案，僅持有小於一盎司的量，卻得歷經拘留、起訴甚至可能監禁等司法程序，被認為不成比例。基於以上種種理由，美國有愈來愈多的州，提出醫療用大麻、甚至於娛樂用大麻合法化的提案，因此這些文化歷史及種族的背景，和臺灣還是不太相同的。那麼，大麻真的具有醫療療效嗎？答案是肯定的。如前面提過，大麻二酚和四氫大麻酚不同，並不會產生愉悅感導致上癮，也不會發生過量而中毒的問題。研究發現，大麻素受體的存在，在急慢性疼痛及神經性疼痛扮演關鍵角色，當我們激活大麻素受體時，可以調節神經對痛覺的閾值，這對臨床上困擾的難治型神經性疼痛等具有療效。目前美國的食品藥物管制署 (FDA) 已經核可含大麻二酚的 Marinol 和 Cesamet 等藥物用來治療噁心、嘔吐。今 (2018) 年，更是首度核可了具被認為有上癮疑慮之四氫大麻酚成分的大麻藥物 Epidiolex, 用來治療頑固型癲癇。美國國家衛生研究院正如火如荼地贊助大麻相關的醫療研究。毫無意外，此塊的商機引起了科技業巨擘微軟 (Microsoft) 的興趣，它低調買下專門提供「大麻購買服務」的公司，成為第一個進入大麻合法化後商業市場的科技公司。即使《本草綱目》已記載大麻的可能功能及療效，千百年來，大麻有哪些未被探索的功用甚至可能帶來的傷害尚未有定論，仍需許多資源投入來研究。目前臺灣大麻被列為二級毒品，也因此，相關的研究付之闕如，在全球如火如荼進行醫療用大麻之研究時，在此領域缺席是十分可惜的，應可建議至少在研究領域，透過申請讓學者進行醫療領域的研究。再者，美國近年來陸續進行醫療用大麻甚至娛樂用大麻的合法化，剛好讓全世界見證這一場巨型的社會學實驗，這樣各州合法化的效應，可以提供臺灣日後的政策參考。由於加拿大及美國等陸續合法後，成癮科門診因大麻使用的緩起訴患者，的確有顯著增加，臺灣勢必將面對是否持續將大麻列為二級毒品的討論。美國目前的公共衛生研究顯示，出乎意料地，大麻合法化的各州，並未如反對者所說出現大麻使用者盛行率大增或是青少年嘗試大麻使用者大幅上升，然而還是有值得憂慮的發現，如美國發現合法化之後，原本的大麻使用者，使用的量變高了，成為臨床上值得關注的重度使用者 (heavy users), 而這對身體和心理的危害是顯著的，因此筆者建議，密切關注美國大麻合法化的發展，提供我國政策擬定的參考。 | science |
NASA木衛二探測計畫命名為Europa Clipper | 【本刊訊】木衛二又稱為「歐羅巴 (Europa)」, 由伽利略在 1610 年發現，是 4 顆伽利略衛星中最小的一顆。在木星所有的衛星中，木衛二的公轉軌道距木星第六近、質量與直徑為第四大。目前人類對其所知主要是透過航海家號 (Voyager) 與伽利略號 (Galileo) 飛掠所蒐集的觀測資料，天文學家曾根據探測器回傳的地表圖片，推測出木衛二地殼底下擁有鹹水液體海洋。美國航太總署 (NASA) 在 3 月初公布探測歐羅巴任務，命名為「Europa Clipper」。此計畫將於 2022 年發射太空船，預計會有歐羅巴登陸器登陸木衛二表面探測，觀測器則會繞行木衛二。「Europa Clipper」將會酬載 9 種探測器，其中包含磁力探測儀、光譜儀、成像儀、紫外線光譜儀、地底海洋探設雷達、表面灰塵分析儀等。根據 NASA 新聞稿表示，由於木衛二地殼下擁有鹹水液體海洋，是我們計畫優先探測的目標，而這次任務的最終目標是要確認木衛二是否適合生物居住。歐洲太空總署也正在計畫前往木星衛星探測，此計畫名稱為「木星冰月探測器 (JUICE)」, 主要在研究木衛二、木衛三 (Ganymede)、木衛四 (Callisto), 亦是計畫確認這 3 顆衛星是否含有液態水體、是否適合居住，計畫將於 2022 年發射。NASA 曾計畫在 2015 年發射木星冰月軌道器 (Jupiter Icy Moons Orbiter), 並計畫於 2020 年飛入木星軌道，主要目的是依序環繞木衛二、木衛三、木衛四飛行，對這 3 顆衛星深入考察，預計將研究衛星起源與演化、周遭輻射環境等。但由於預算不足，而遭取消計畫。新聞來源：NASA, NASA Mission Named 'Europa Clipper', 2017/3/10. | science |
H7N9基因突變使病毒容易傳染人類 | 【本刊訊】由香港大學新發傳染性疾病國家重點實驗室及李嘉誠醫學院微生物學系的研究團隊著手致力於研究，並發現了因 H7N9 禽流感病毒因基因突變，導致病毒容易感染人類。香港從 1997 年首次出現人類遭受感染 H5N1 禽流感，2000 年則爆發了 H9N2 禽流感病毒，雖然在 2 次的禽流感爆發中，皆出現了大量的人類遭受感染，且出現許多死亡案例。但是，在 2013 年爆發的 H7N9 禽流感病毒卻發現除了能更廣泛的感染人類之外，在鳥禽類也能有效且快速傳播。為了瞭解這個現象，研究團隊深入研究 H7N9 禽流感病毒為何能在禽類有效傳播及快速感染人類的原因。研究人員分析了 2013 年以來的 H7N9 病毒基因後發現，所有的 H7N9 病毒都在 NS 基因組上帶有一個 NS-G540A 的獨特突變。並且透過分子病毒學分析，也發現這個突變位於一個新發現的基因表達調控位點，也因為所有的流感病毒都有這一位點，屬於宿主細胞限制病毒繁殖和跨種感染的機制之一，是調節病毒在受感染的細胞中繁殖效率的因素，因而此突變成為可以增強 H7N9 病毒感染哺乳類細胞的能力的關鍵。進一步追蹤此突變是從此時開始出現，研究結果顯示此突變可追朔到 2000 年爆發的 H9N2 病毒，此後這類突變病毒在禽類逐年增加，最後演變為主要病毒群體。2013 年爆發的 H7N9 病毒是與野鳥的血凝素 (HA) 和神經氨酸苷酶 (NA) 基因重組後並從 H9N2 病毒獲得內部基因時獲得這個突變，混合而成 H7N9 病毒。新聞來源：香港大學，〈港大發現 H7N9 禽流感病毒基因突變 致感染人類能力增強 為病毒監控及研發藥物提供關鍵標記〉,2017 年 3 月 22 日。 | science |
科技部公布臺大學術倫理案相關人員處分 | 【本刊訊】針對 2016 年 11 月在匿名論文討論網站 Pubpeer 上遭質疑的郭明良等人違反學術倫理案，科技部於今 (2017) 年 3 月 30 日公布臺大學術倫理案審議結果。科技部表示，於 Pubpeer 上遭質疑的 18 篇論文中，有 7 篇論文並未違反學術倫理、有 11 篇涉及違反學術倫理，在這 11 篇論中，遭質疑數據圖表有 40 個，經審議及分析軟體鑑定後，確認遭質疑的圖片中有 3 個沒有問題、1 個重覆使用及 36 個變造或造假。經科技部認定違反學術倫理的論文申請或取得科技部獎補助，嚴重到影響審查判斷或資源分配公正之研究人員計 8 位，分別為郭明良教授 (違反學術倫理論文 8 篇)、林明燦教授 (違反學術倫理論文 4 篇)、張正琪教授 (違反學術倫理論文 4 篇)、蘇振良副研究員 (違反學術倫理論文 3 篇)、譚慶鼎副教授 (違反學術倫理論文 2 篇)、林本仁副教授 (違反學術倫理論文 1 篇)、楊卿堯醫師 (違反學術倫理論文 1 篇)、嚴孟祿教授 (違反學術倫理論文 1 篇)。而這 8 位當事人將依照違反類型及比例，收回研究主持費及停權處分。其中，郭明良教授停權 10 年並追回 94~105 年相關計畫研究主持費 154.25 萬元、林明燦教授停權 8 年並追回 97~105 年相關計畫研究主持費 81 萬元、張正琪教授停權 8 年並追回 98~105 年相關計畫研究主持費 76 萬元、蘇振良副研究員停權 5 年、追回 96~105 年相關計畫研究主持費 34.5 萬元。科技部於 2016 年 11 月組成學術倫理調查委員會，成員包含中研院院士、大學校長及各大專業學者，並在 2016 年 11 月 30 日到 2017 年 3 月 20 日召開 7 次審查會議，比對被檢舉的數篇論文。根據科技部新聞稿敘述，在這 7 次審查會議中，數度請相關論文作者提供原始圖檔與數據，仔細審視圖檔資料，部分圖表難以肉眼、學理或經驗法則判定之影像圖檔，委請工程師以美國航太總署所建立的標準空間觀察演算法 (Spatial Standard Observer, SSO) 進行科學分析與驗證。科技部除了公布臺大違反學術倫理案懲處名單外，也在 3 月 31 日發佈新聞稿表示收到多位關心國內學術發展的學者發起的連署活動之連署書，呼籲學界共同形塑學術界良善研究誠信風氣。另外在新聞稿中提到，科技部已於 2017 年 3 月 15 日成立「研究誠信辦公室」, 主要任務為研究與分析學術倫理違反樣態，依國內外案例及科技進展，定時強化「本部學術倫理案件處理及審議要點」之規範。新聞來源：科技部，〈公布臺大學術倫理案審議結果〉,2017 年 3 月 30 日。 | science |
臺灣傑出女科學家獎頒獎聚焦物質科學領域 | 【本刊訊】由臺灣萊雅、婦聯會、和吳健雄學術基金會共同主辦的「臺灣傑出女科學家獎」, 第 10 屆於 3 月初頒獎，本屆各類獎項得主皆從「物質科學」領域的女科學家中選出，女科學家獎獎項分為傑出獎、新秀獎及孟粹珠獎學金。傑出獎得獎者為臺大凝態科學研究中心主任暨特聘研究員林麗瓊，其主要研究領域在半導體、光電與能源材料，並著重於利用先進薄膜技術來合成低維度奈米材料，探討其成長機制、微結構與各種物理及化學性質的關係，投入應用物理領域已超過 30 年。根據臺灣傑出女科學家獎新聞稿表示，1989 年林博士取得美國哈佛大學應用物理學博士學位；1989 年至 1994 年期間在美國奇異公司 (GE) 研發總部材料科學研究中心擔任材料科學家，是該公司第一位亞裔女科學家；其後受聘於臺灣大學凝態科學研究中心於 1994 年返回臺灣，成為臺大凝態科學研究中心第一位女性研究員，主持尖端材料實驗室，至今已逾 20 年。新秀獎則由中央研究院地球科學研究所研究員許雅儒與中央大學物理學系副教授余欣珊獲得。許雅儒的研究主要是利用臺灣本島和周邊地區的全球衛星定位系統 GPS 觀測網，以及分析地形變儀器的觀測記錄，來了解地下深處的斷層帶的物理性質，在地震周期中不同時段的地殼變形機制、以及岩石圈的應力和應變狀態。這些資訊可用來估計斷層的滑移速率、發生大地震的潛能、以及可能發生的地震規模，並以此作為未來地震活動的趨勢評估和採取防災措施的科學依據。許雅儒的研究有多篇論文發表於 Science 期刊、構造物理學等國際頂級期刊。另一名新秀獎得主余欣珊是高能實驗物理的專家，在粒子物理的實驗研究方面擁有豐富經驗。她的研究重心為歐洲核子研究組織 (CERN) 的大型強子對撞機實驗 (LHC), 她隸屬於其中之「緊湊渺子線圈偵測器 (Compact Muon Solenoid Experiment, CMS)」國際實驗團隊，研究質子對撞後產生的高能光子和 Z 玻色子的動量和角度分佈，用以檢驗標準模型的預測。余欣珊憑藉著出色的研究成果，在三千多人的高能物理實驗團隊 CMS 中，兩次獲選擔任物理小組召集人 (Convener), 帶領 20~30 人之國際團隊；整個實驗團隊 136 個召集人裡，其中只有 6 名來自亞洲的學術機構，余副教授便為其中之一，大幅提升了參與 CMS 實驗的臺灣團隊之國際能見度。孟粹珠獎學金由交通大學材料科學與工程學所博士班四年級學生謝孆慧獲得，獎項目的為鼓勵年輕女科學家。新聞來源：吳健雄學術基金會，〈臺灣女科學家屢創新突破 尖端材料開發與應用享譽國際臺大凝態科學研究中心主任林麗瓊特聘研究員 榮獲「第十屆臺灣傑出女科學家獎」〉,2017 年 3 月 11 日。 | science |
臺灣發展綠能產業的策略 | 綠色能源 (Green Energy) 可以說是對環境友善且低溫室氣體排放 (或低二氧化碳排放) 的潔凈能源 (Clean Energy)。主要包括一般所謂的再生能源如太陽能、風力發電、生質能、地熱、海洋能及氫能等。根據國際上研究發電排碳量的觀點，每發電一度，用氫能、太陽能、風能等綠色能源或核能發電的排碳量約在 25~60 公克，燃煤發電每度的排碳量則近 800~1000 公克，燃油的發電每度的排碳量約 600~750 公克，燃天然氣發電每度的排碳量約 400~500 公克，所以太陽能、風能、水力發電、氫能及核能等一般是被列為低排碳的能源。就臺灣發展綠能產業的策略與價值觀，我們可由下列三個觀點 — 國家安全戰略、臺灣經濟發展、臺灣成為國際綠能強國可行性來分析探討，最後、筆者簡介所參與的沙崙綠能科學城計劃。因能源安全是國家發展與安全的核心，世界各國政府皆以國家安全戰略層級訂定其能源自主發展與因應政策，目前臺灣能源有近 98% 仰賴進口，對一個海島型的國家，如果能源燃料 (煤、石油、天燃氣、鈾) 來源因某些政治因素長時間受影響，臺灣將陷入高度危機中。另目前進口能源以化石原料為主，二氧化碳的排放嚴重，在環保意識高漲的情況，發展綠色能源已受到國際高度重視，因此臺灣未來能源政策的規劃需兼顧「無核」與「低碳」的需求，當然加速發展綠色能源以快速提升臺灣能源的自主性是當前急務。依政府規劃的綠能政策，臺灣在 2018~2025 年之間，需思考核一、二、三廠 (發電瓦數總和為 51.44 億瓦) 的 6 個機組如期分別停役時的電力缺口 (每年發電約 400 億度), 綠色能源如何順利補足？預計在 2025 年再生能源包括太陽能發電設置目標大於 200 億瓦 (年發電約 250 億度); 風力發電設置目標 42 億瓦 (年發電約 125 億度); 其他綠色能源 (生質能、地熱、海洋能及氫能等) 設置目標大於 30 億瓦 (年發電大於 157 億度); 在太陽能與風力發電優先併網使用的原則下，總綠色能源年發電量約 532 億度，如果一切計劃順利，2025 年要補足核一、二、三廠停機的發電量缺口不成問題，更重要的是臺灣具自主性綠色能源的年發電量將超過 20%, 從國家安全戰略的角度來看，具有劃時代意義。近兩年臺灣總體綠能產業的年產值約新臺幣 5,000 億元，其中最主要的太陽光電產業產量居全球第 2 大，太陽電池年產量達 100 億瓦 (目前生產線未全力運作，因此產能大於 100 億瓦), 約占當年全球供應量之 20%。但是臺灣所生產的太陽電池逾 95% 外銷，而屬於太陽能發電系統及太陽能模組的產值不到 8%, 原因是過去 8 年政府非常不積極推動太陽能發電系統 (裝置容量不到 8 億瓦), 使臺灣的太陽能模組與系統產業基礎不強。其次是我國風電產業，我國陸域風力發電至 2015 年底已裝置風機達 6.46 億瓦，惟國內現有設置之陸域大型風力機組均屬於國外進口，臺灣大型風力機組製造能力尚未建立。另因陸域風機附近民眾對噪音有些疑慮或抗爭，使政府對建陸域風機採不積極發展態度。離岸風電產業方面，臺灣有世界最好的離岸風場，但 2015 年預計完成 4 架示範機組設置的承諾，至今仍未達成。以近兩年臺灣的太陽能與風電產業所面臨的問題，依前幾年對綠能的執行方式是不易達到目標。目前新政府的綠色能源政策非常積極，訂出 2025 年綠色能源的總發電量將提升到的 20%, 以達非核家園的願景。從下圖一我們可看出新政府在 2020/2025/2030 的綠能目標比起前政府是有極大幅度的躍升，例如新政府在 2025 年的再生能源設置目標將調高至 27,423 百萬瓦 (MW), 比起前政府設定的 12,513 百萬瓦是有極大的躍升。新政府所設定的綠色能源發展的積極目標是否可行？至今仍有許多人抱持懷疑態度。民間綠能廠商的看法是：只要政府有決心，執行方法正確，此積極目標是可行的。我們可用下列不同的綠能產業的機會來探討：臺灣是全世界太陽能第二大產地，卻未充分用太陽能發電？如想在 2025 年裝置容量達 200 億瓦以上是否有可能？依臺灣土地現況的調查評估，臺灣地區太陽光電系統的安置除屋頂外，加上推動部分地層下陷及受汙染土地設置太陽光電系統，設置太陽能發電系統 200 億瓦絕不成問題，甚至未來有設置太陽能光電系統 400~500 億瓦的可能性。所以在不影響良田耕種的原則下，臺灣在未來 10 年可以加速太陽光電裝置容量，既符合廠商的期望，發揮臺灣綠能產業的優勢，又可快速提升能源自主性。如政府在 2025 年裝置容量達 200 億瓦以上，再從產業發展的角度來看，臺灣能快速建立很紮實的太陽能模組與系統產業基礎，也能培育許多中小型太陽能電廠營運管理的公司，十年 200 億瓦可能帶動的相關投資達新臺幣 1.5 兆元，並提供約 8 萬人就業機會，而此 1.5 兆元也是對臺灣 GDP 的貢獻。進一步可培養臺灣有更多的公司有能力承接國際太陽能電廠裝置與營運管理，將帶動極大的國際商機。臺灣有世界最好的離岸風場，多處位於全球評比前 10 大優異風場的臺灣海峽均尚未利用，近 8 年的發展下，至今仍未建立離岸風機示範機組。因離岸風電產業的困難度較高，臺灣在缺乏基礎建設的情況下，由民間廠商主導發展可能面臨許多困難。希望新政府展現決心將發展離岸風電產業列為國家重大建設，由政府帶頭建置專用風電碼頭、有規劃性的輔導風場環評及獎勵國管企業等大公司建造海事工程所需工作船等。另在大型風力發電機方面，政府應積極扶植國內大企業與國際大廠談判合作，落實技術移轉，在臺灣建立風機組裝、及扇葉設計製作及零組件製造等，讓離岸風電的產業鏈在臺灣建立。短期以發電業的風場評估開發來領頭，帶動風電營運管理及服務，中長期則建立風電製造業的全面發展，帶動國內離岸風電產業的健全發展。根據筆者的估計，10 年可能帶動的總投資約 2 兆元。後續於 2026~2030 年再建離岸風電 60 億瓦，則 2030 年總風電量達 100 億瓦，後續 5 年對 GDP 貢獻又有約 2 兆元，將成為臺灣非常重要的一項綠能產業。臺灣如能快速建立離岸風電產業能力，也有極大的機會承接國際離岸風電建置與營運管理，將帶動另一極大的國際商機。當 2025 年核一、二、三廠 (共 51.44 億瓦) 如期停役後，用太陽能與風電為主的綠色能源如何來補核電的缺口？家家戶戶的用電總量並非 24 小時一樣，有尖峰有離峰量。因此 24 小時不斷供電的量稱為「基載供電」, 當尖峰用量增加時，必需隨時間啟動「尖載供電」隨時滿足電量需求。經常有人批評太陽能與風力發電無法 24 小時穩定供電，即太陽能、風能等則被認為是屬「尖載供電」的配角，無法成為 24 小時穩定的「基載供電」。筆者認為，以臺灣的情況，當太陽能與風力發電的發電量佔 20% 時，有效的智慧電網系統優先併網的機制下，無所謂的「尖載供電」問題，但是當太陽能與風力發電的發電量超過 20% 時，目前國際一些重視潔淨能源的國家德國、英國、丹麥及日本等正開始採取多餘的再生能源，如風能及太陽能等以電解水來產生氫氣儲存，即所謂的「Power to Gas」, 再以氫能發電做「基載供電」。氫氣也可當作氫燃料電池車的能源，可取代石油成為未來低碳運輸的燃料。結合氫能，大幅提升太陽能與風力發電的可行性，應該能為臺灣帶動創新低碳綠能產業機會。丹麥的綠能發展規劃預計在 2050 年全國能源 100% 採用綠色能源。而德國的綠能發展規劃，預計在 2050 年全國能源的 60% 及發電系統的 80% 採用綠色能源。其中有 20~30% 的太陽能與風力發電需用來電解水產氫儲存，再以氫能發電做「基載供電」或以氫氣用於氫燃料電池車使用。配合氫氣儲能技術，才能做如此大膽的規劃。臺灣的太陽能與離岸風電條件均比丹麥及德國好，德國也是最積極想進入「無核家園」的國家，丹麥及德國能，臺灣為什麼不能？臺灣在氫能經濟的發展方面，政府似乎不太重視。自從 2014 年 12 月日本豐田汽車公司推出世界第一台氫能車，到 2015 年初日本安倍首相公開宣示日本將成為全世界首先進入氫能社會 (Hydrogen Society) 的國家，使全球對氫能的發展又變為非常的積極，臺灣似乎才受到影響。氫能發電只排水氣，不排二氧化碳，是非常乾淨的能源，我覺得是臺灣應該更積極發展的方向。日本在氫能經濟的發展領先世界，日本對臺灣算是友善的國家，與日本進行積極的互動與合作，應該是可行的方向。臺灣是海島型國家，發展綠色能源應全面性展開，將可運用的綠色能源充分發揮，如其他綠色能源包括生質能、地熱及海洋能等，我們希望在 2025 年的設置目標大於 3 0 億瓦 (年發電大於 157 億度), 在臺灣未來的電力供應也將提供相當的貢獻。生質能源指的就是由生物質 (biomass), 如黃豆、玉米所轉換而生的能源，包括生質酒精、生質柴油、合成氣、沼氣、廢棄物衍生燃料等。近年來很多國際研究單位從事培育微藻以淬取生質燃料的研究，如效率良好，也可能成為現有系統的替代能源就是生質酒精、生質柴油等生質能。生質能源用於發電者，多是將都市廢棄物，如家庭垃圾、農林廢棄物 (廢木材) 等轉為生質燃料做替代能源。地熱方面，臺灣資源非常豐富，如許多溫泉區都具備地熱發展條件，臺灣應培養地熱地質探勘及應用的專家團隊，加速地熱產業發展，如 10 億瓦地熱將是一個上看千億的投資計畫，可提供臺灣相當程度的供電，應該是臺灣要積極發展的一項綠色能源，如臺灣的地熱發展的好，可將自己發展的技術與設備輸出到其他國家，拓展海外市場，潛力極大。臺灣四週環海，海洋能的資源豐富，可惜未充分利用。特別是臺灣東部面太平洋，水深浪大，在花蓮及臺東的沿海具有優良的條件發展洋流發電、溫差發電、波浪能等。當然要發展海洋能需具備一些海事工程的能力，如果臺灣在發展離岸風電的過程中能建立自主性的海事工能力，則臺灣的海洋能發展將指日可待。臺灣發展綠色能源產業應先以臺灣內需提振經濟，並建立厚實太陽光電、風力發電及氫能發電等各種綠色能源系統整合能力，進一步臺灣政府應有計畫性的協助整合臺灣廠商到友好國家建綠能園區，協助太陽光電、風力發電、地熱及氫能發電等各種綠色能源產業的廠商到這些友好國家設廠，政府並透過不同管道與當地政府及電力公司交涉，承接這些國家的太陽能電廠、風力發電、地熱發電、氫能發電及其他綠能電廠的建置及協助營運等，使臺灣綠色能源產業走向國際，達到「深耕臺灣、全球佈局」, 對臺灣的綠色能源產業有很大的發展空間。當然，會有人質疑有可能嗎？臺灣自己的電力及能源供應都還存在著許多問題，這時候談這些是否太早？我個人覺得只要及早積極規劃展開行動，就一定有成功機會。自 2015 年底的巴黎氣高峰會 (COP21) 後，全世界正更積極的在規劃推動綠色能源減碳，具有極大商機，臺灣有這個條件，當然要把握這個機會成為「國際綠能強國」。臺灣的優勢在那裡？其實臺灣太陽光電產業的實力很強，己有少數廠商在國外建太陽光電場的經歷，但個別廠商在國外單打獨鬥是非常辛苦，因為大部分國家均將能源供應列為國家安全策略的一環，到國外建電廠不只與當地電力公司打交道，還要與當地政府有良好的互動，這方面台電公司與政府的駐外代表處將可扮演很重要的角色。以往政府的駐外代表表處加處的人員，是在做「內交」而不是做「外交」, 希望政府駐外代強專業人力來拓展實質的產業經濟外交，特別在國外建電廠帶動台灣的才能讓能源產業這一部分，政府的駐外代表處必須扮演重要角色。臺灣的綠能「國家隊」的構想，在「新南向政策」中己開始提出發展綠能的想法，以太陽光電產業打前峰，如印尼、菲律賓等國部有佷太的太陽光電系統需求，應該很快就有明顯的成效。其他如印度及東南亞許多國家都有類似的需求，另外如中南美洲及中東等也有許多國家都有類似的需求，這些都是我們發展綠色能源產業走向國際的機會。使臺灣綠色能源產業走向國際，成為「國際綠能強國」, 應該是臺灣發展綠色能源產業未來努力的目標。總之，臺灣發展綠能產業的核心價值，從國家安全戰略與能源自主性角度，從創新科技產業帶動在地經濟發展的角度，從低碳無核家園以保障後代子孫的環境權的角度，及使臺灣成為「國際綠能強國」的角度，都將是臺灣未來永續發展的根本。政府為積極推動綠色能源，特別規劃成立沙崙綠能科學城，希望成為台灣綠能創新研發與示範的埸域，期望帶動臺灣整體綠能產業發展，使臺灣成為國際綠能強國。為因應綠色經濟時代的來臨，以及達成我國邁向非核家園的政策目標，政府將綠能科技產業列為「五加二」創新產業政策之一，將善用臺灣所具備發展綠能的利基，全力推動綠能產業發展以強化能源安全，創新綠色經濟並促進環境永續發展為目標。在行政院主導下，結合經濟部、科技部、原能會、臺南市政府及產學研能量，將臺南沙崙打造成綠能科學城，作為臺灣的綠能發展樞紐，以創能、節能、儲能和系統整合四大主軸，支持綠能研發及示範計畫，帶動臺灣綠能產業的全面發展。沙崙綠能科學城於 2016 年 11 月 6 日由行政院林全院長主持啟動儀式，沙崙綠能科學城籌備辦公室正式展開運作，地方民眾與廠商等也展現了團結與全力支持的態度 (圖二)。籌備辦公室執行籌備範圍為綠能科學城之核心區的基礎建設與運作規劃，包括核心區域內之綠能科技聯合研究中心及綠能科技示範場域等，建立綠能科技展示及示範應用的綠色生活環境，提供國內外綠能研發技術及產業完整的測試、驗證及群聚綠能產業鏈的效益。透過產學研之上下游整合，以達成聯合研發中心及示範場域之如期完成及人員之進駐，預計三、五年後將有上千個綠能研發人員在此區域，參與創新綠能研發，並在沙崙建構完整示範驗證系統技術之方式，來推動各項研發技術之實用化及產業化。「沙崙綠能科學城」將整合創能、節能、儲能及智慧系統等四大發展主軸，結合產、學、研能量，創建世界級的綠能科技綠用。透過綠能科技產學研鏈結、國際合作、技術盤點及招商引資等，以打造沙崙科學城成為我國綠能產業科技對外之櫥窗。另需與臺南市政府、中央研究院及臺糖公司協調，以與會展中心、中央研究院南部院區及高鐵臺南站周邊生活住宅區之規劃相互調和。台糖規劃具未來性「智慧綠能循環住宅園區」, 包含住宅園區綠能、綠建築、智慧化等考量，並融入循環經濟概念，打造不同於傳統思維之智慧綠能循環住宅園區。希望沙崙綠能科學城在整體綠能生態的環境規劃下，運用智慧科技進行節電、節水技術，廣果太陽能光電系統、建構低碳運輸系統，打造「近零耗能」及生態低碳城市。 | science |
「波士頓地區產學研科技人士與科技部座談會」後記 | 新任科技部部長陳良基近日率團拜訪波士頓，在波士頓臺灣人生物科技協會 (BTBA) 及新英格蘭玉山科技協會 (MJNE) 的邀請下，科技部一行在 4 月 8 日於麻省理工學院講堂舉辦了一場公開座談會，吸引波城近百名生醫領域臺灣留學生與專業人士參加。波士頓是世界級的生技聚落，在此地生醫與科技領域就學或就業的臺灣人為數不少。因此當臺灣科技部拜訪波城的消息傳出，立刻吸引了臺灣生醫人的注意。許多人特地報名此次活動，希望能了解號稱最愛創新的陳良基部長對生技產業的願景。以活動規模來說，上周六 (4 月 1 日) 的座談會確實相當成功。會後的問答時間，部長與觀眾互動也十分踴躍。然而，從活動結束後與會者的反應來觀察，這次科技部帶來的生技產業政策不免讓人失望。失望之處主要有以下幾方面。第一，針對留學生反映返臺求職不易，薪資低於國際水準，陳良基部長說將建立線上平台，降低回臺找工作的障礙，科技部也研擬提供海外博士級畢業生回臺薪資補助。部長說，大環境難以改變，但至少能針對特定領域努力，讓薪資與國際接軌。科技部政策立意雖好，卻流於空洞。許多博士留學生回臺的問題並不是沒有工作，而是適合他的工作不存在。以製藥產業為例，美國有不少生物信息學、生物製劑產程與品管等等工作機會，但在臺灣的製藥產業卻是鳳毛麟角。在產業尚未成熟的情況下，筆者不認同部長的想法：只要幫留學生牽線媒合臺灣生技公司，就可以解決就業問題。第二，陳良基部長表示，他希望建立一個健康的創業環境。科技部將送博士人才到矽谷與波士頓學習創業。南港、新竹、中科、南科都陸續成立生醫新創園區，將吸引數百家新創公司，創造數千個工作機會。雖然新創風險高，但只要有十分之一的新創公司成功，臺灣的生醫產業就有希望升級。這又是一個表面光鮮，內在空洞的政策。臺灣官方一直以來看待生醫新創公司的態度都是以量取勝，而不重視新創公司的品質，結果就是創造更多蚊子館和掛羊頭賣狗肉的假生技公司。新部長才剛上任，期待能再多加思考，跳脫過去的框架。最近創業者劉庭安指出，在資訊革命的時代，唯有大型城市才能持續累積人才與資本。無獨有偶地，美國生技創投家布斯 (Bruce Booth) 也觀察到生醫新創聚落大者恆大的情形越演越烈。如果連紐約、芝加哥、多倫多這些超級都會的生醫生態系都還不成氣候，臺灣北中南五個園區，究竟能拿出什麼競爭優勢？筆者在波士頓一家生醫新創顧問公司服務，經常接觸來自以色列、歐洲、拉丁美洲、亞洲的新創團隊，他們來波城找資金、人才與合作資源。他們國家在波士頓本地的駐外單位發揮了很好的宣傳與連結效果。例如瑞士科技組織 SwissNex 曾經在波士頓為瑞士新創公司舉辦新創大賽，韓國貿易投資推廣機構 (KOTRA) 也為韓國中小型藥廠與波士頓當地企業舉辦過見面會。臺灣並不是沒有生醫新創公司來波城，然而在缺乏支援的狀況下，臺灣團隊多半是到哈佛、麻省理工學院拍照、到餐廳吃個龍蝦，筆者沒看到更深刻的學習與交流。依照科技部目前的新創政策只著重在送人出國和拉人回國兩項，我不禁想請問部長，對臺灣的生醫產業，究竟是更多本地創業比較重要，還是創造一個在國際市場有價值的成功生醫公司比較重要？第三，陳良基部長指出，臺灣生技產業目前最關鍵的問題是沒建立國際渠道 (channel)。臺灣是小國，如果生產出來的藥品沒有走向國際市場的渠道，臺灣過去十幾年投入新藥開發的 200 多億資金就無法實現價值。這是部長整場座談會裡最中肯的分析，國際行銷確實是臺灣生技之痛。然而部長的解決之道是「政府將成立數億元的併購基金，為臺灣生技公司併購渠道」。臺灣的主權基金經常為人詬病為政治酬庸工具，不知道最新的併購基金如何能跳脫現有的框架。最讓人摸不著頭腦的是，部長知道渠道是最關鍵的問題，卻花絕大部分的時間談送臺灣博士出國進修、幫海外博士回國就業。難道博士進修和就業就能解決渠道的問題嗎？生醫產品市場研究與行銷需要非常專業的人才，特別是在複雜的美國市場，一般生醫科系的博士是幾乎不可能透過學習或進修接觸到這個領域的。併購當然是一條路，那目前在美國從事這方面工作的臺灣人呢？臺灣有沒有試著培養一些自己的海外人才？這一點，也觸動到了長久以來海外臺灣人與政府部門互動的挫折感。這次座談會，科技部主要站在父母官照顧海外遊子的態度，至於該如何處理國內產業的主要問題，不是照本宣科念官樣文章，就是推給「我們在美國有人脈」。目前於海外的筆者及周遭臺灣朋友們，長久以來對駐外單位的印象:「沒事講空話，有事靠人脈。」政府部門的人脈就是這麼神奇，舉凡藥品專利、授權、審批、行銷什麼問題樣樣都包。我們不需要知道這些人脈是誰，怎麼經營這些關係，身為海外臺灣人可以幫上什麼忙。駐外單位給我們的訊息，似乎只是:「我們只要知道回臺灣有飯碗可捧就夠了。」因此類似這樣的座談會也就只能吸引三類人：剛畢業的留學生、事業不順想在臺灣開創第二春的人士、等著回臺灣養老的退休族。然而，青壯年的臺灣籍專業人士：藥廠資深科學家、專案經理、商務發展、資深顧問、創業者，對臺灣生醫產業也許最有價值的一批人，完全沒興趣與臺灣政府接觸。我的一個朋友發明了一個名詞「人脈掮客」, 說的就是少數民間人士把持大部分政府海外資源的情形。他們自稱人脈特別好能幫政府打理一切，政府沒有自行建立連結的能力，走出國門只好任由這些掮客們牽著鼻子走。天下雜誌最新刊出文章分析臺灣與韓國生技產業的消長，臺灣國家生技計畫由大老把持，最後耗費大量資源卻一事無成。前車之鑑不遠。臺灣生技有夢最美，筆者擔心的是政府被一堆人脈掮客哄著騙著，自以為有本事變成亞洲矽谷和亞洲波士頓，自識不清下把極大量資源投向一個永遠達不成的願景。在國際生醫領域，波士頓生技聚落的磁吸效應與日俱增，科技部發展生技產業卻把所有心思放在島內和矽谷，反倒在波士頓缺席，這是不可思議的事情。筆者認為，科技部在制定臺灣生技產業政策，應該自問科技部的職責究竟是「幫助高科技人才就業」或者「為國家創造財富與有價值的產業」, 這才是最關鍵的問題。延伸閱讀 1. 程晏鈴，〈當年走錯路 5 年被韓國反超〉,2017 年 4 月 11 日。2. 劉庭安，〈別聽那些吵著要出走的「工商界大老」胡扯，他們哪裡都去不了的〉,2017 年 4 月 6 日。3. Bruce Booth, Why Biotech's Talent, Capital And Returns Are Consolidating Into Two Key Clusters, Forbes, 2017/3/21. | science |
當科技與金融服務結合-金融科技的發展與未來 | 金融科技 (Financial Technology, Fintech) 可說是眼下最熱門的話題之一。那麼什麼是金融科技？簡單的說，運用科技將傳統金融服務之效率與效果提升，即是金融科技。傳統金融業包含商業銀行、信託、證券、基金、投信投顧、壽險、產險、信用合作社等。舉例而言，商業銀行設置實體分行在各地，接受民眾存款、提領；證券或投信投顧提供投資理財、資產配置組合建議；保險公司除我們熟知的辦理保險外，其所核給之保險費費率是透過性別、年齡等要素精算而得。然而這些功能都受到金融科技的影響，民眾前往分行的次數下降，實體分行的需求銳減，許多人手機下載 APP 使用網路銀行轉帳、繳款、查詢餘額，更快且方便；運用預先寫好的程式自動化進行下單買賣股票、期貨，理財機器人的出現與傳統投信投顧產生競合關係，有論者認為藉由程式碼進行交易的好處是能減少代理風險，代理風險係指當投資人或委託人的利益與投資人所諮詢或委託的對象 (即受託人) 利益衝突時，委託人可能產生損失之機率；過往保險費率精算的數據與因素，隨著數據分析與資料庫建置積累，更能掌握投保人之行為模式、身體健康狀況、消費習慣進而計算出更合適要保人 (即保險公司) 與被保險人的費率與風險分擔模式。國際上積極發展金融科技的地區包含臺灣、韓國、矽谷、瑞士、以色列、墨西哥、南非、新加坡、法蘭克福、肯亞、雪梨、愛爾蘭、荷蘭、印度、上海、紐約、加拿大、盧森堡、法國、比利時、倫敦及香港等，為數甚多。各地區均有不同的計畫、策略及優劣勢。比如在大陸有微信支付，去小吃攤吃麵、坐計程車等均可使用手機此種行動載具進行數位支付；而倫敦受到英國脫歐的影響，曾使其金融創新的投資熱度降溫；同樣是政治因素，因相較其他非洲政治較為穩定，肯亞奈洛比為非洲主要的金融科技中心。從我國政府政策亦可窺知，在全球金融科技競爭環境下目前布局方向。如金管會「金融科技發展推動計畫」措施，該措施計有十項主要計畫，如擴大行動支付的運用與創新、鼓勵銀行與 P2P 網路借貸平台合作、促進群眾募資平台健全發展、鼓勵保險業者開發 Fintech 大數據應用之創新商品、建置基金網路銷售平台發展智能理財服務、推動金融業積極培育金融科技人才、打造數位化帳簿劃撥作業環境、分散式帳冊技術 (區塊鏈) 之應用研發、建立金融資安資訊分享與分析中心、打造身分識別服務中心等。世界經濟論壇 (World Economic Forum, WEF) 將金融創新之應用分為六大領域，包含支付 (Payments)、籌資 (Fundraising)、存貸 (Deposit&Lending)、籌資 (Capital Raising)、市場資訊提供 (Market Provisioning)、投資管理 (Investment Management)。根據上述金管會政策發展方向，我們可以來舉幾個有關的案例。以 P2P (Peer-to-Peer 點對點技術，常見例子如檔案的分享) 為例，在臺大與玉山銀行合作的金融創新校園黑客松競賽中，冠軍隊伍運用區塊鏈技術 G-COIN 做基礎，提出 P2Ptravel 解決方案。該方案解決之問題為，當外國遊客來臺，若其欲進行在地化深度旅遊，需找尋合適且值得信賴的導遊或熟知當地特色景點之居民做導覽，找尋中往往會因為信任問題而不知從何找起。該方案利用區塊鏈技術的特性，提供透明、可追蹤且不可竄改的機制，將導遊過往的經歷與先前遊客之評價透明化、可受公眾監督，且因不可竄改，故能提升信任度，增進旅遊體驗、形成正向循環。另外，群眾募資平台或資金流通之平台亦可運用區塊鏈解決其信任問題。以慈善捐款為例，捐款人常不清楚其所捐款項之用途與流向導致影響其捐款意願，受贈單位常有受人指責款項交代不清之累，或將導致其募款不易，往往更無辜的是相對更被動的受捐贈對象如弱勢團體。信任問題，需由信任機制處理，應用區塊鏈技術，建置一金流交易平台，該平台擁有功能如申請提案、瀏覽提案、選擇贊助方案、提供贊助等。與現有平台的差異化在於，可追蹤、可監管、零摩擦係數的交易等特色。這樣的平台是實際可行的，如 NTU Help Center Crowdfunding。我們可以再舉一例，在金融資訊安全中，一件與虛擬貨幣有關的金融詐欺我們將為大家介紹個案事實與偵防方法。在介紹案例事實前，先為大家簡介介比特幣之基礎知識，比特幣是目前最知名的虛擬貨幣之一，是以區塊鏈為底層技術的應用案例。比特幣有一定的發行量，且目前尚在發行中，有一發行總額的上限。根據比特幣的電子協議，自 2013~2016 年 4 月之發行量為 3600 BTC (比特幣單位，以下均簡稱 BTC)。接著我們介紹案例事實，這是一家 2014 年中旬出現的 Mycoin 比特幣投資平台，在亞洲招收投資人。契約簽訂每投資每 90 枚 BTC 平均每日可獲得 0.64 枚 BTC 酬勞，貌似數月內即可回本，故吸引大量投資人注資，該平台最終募得投資款項高達 387 百萬元美元。而偵防方法可搭配前所提及之比特幣基礎知識分析如下，倘以 387 百萬美元乘以日均報酬率 0.71% 計算之，得出該公司每日平均需發放之報酬約為 274 萬美元。當時比特幣之美元價格最大值約 660 元，以此計算每日該公司平均要支付之報酬約為 4000 BTC, 甚至超過當時比特幣每日之總產出 3600 BTC。一個公司如何主張其能支付比每日總產出還要多的比特幣？況且這是在分母以最大值估計的情況，倘分母非最大值，其所需支付之報酬更多於 4000 BTC, 顯與實情矛盾。從此例可知，對金融科技知識有基本了解的重要。倘若該些血本無歸的投資人知道比特幣一天的發行量為 3600 BTC, 並稍加透過邏輯推理估算，不難發現事有蹊翹。根據甫剛結束的亞洲金融論壇 (Asia Financial Forum, AFF), 在亞洲金融服務業中，最容易受到金融科技衝擊的領域，分別為支付 (32%)、交易及結算 (18%)、投資服務 (14%)、網路防衛及安全 (14%)、金融機構中後台營運 (12%)、借款 (9%) 而當被問及何種行業將有最大潛力推動環球經濟增長，金融服務是潛力增長最大的產業。透過有系統的課程設計，啟發並培養專業人才，填補巨大人才缺口已是當前首要課題之一。需培養自身的資訊能力如資工資管、數據科學、軟體能力並結合數位金融、保險精算、財富管理等財會金融能力方能因應時局，我們有計畫地正在推動這樣的課程及訓練，亦曾至各大知名機構授課、答疑，希望能培養或激盪出更多的金融科技、金融大數據、法遵科技、財富管理科技、物聯網 (IOT) 金融人才，教學相長、共同為臺灣的金融科技發展爭分奪秒。莎士比亞有句膾炙人口的話:「To be or not to be, that is the question.」描述的是主角哈姆雷特因遭遇重大變故，不知自己應奮勇向前抑或畏縮放棄而舉棋不定的心情。在金融科技進行式的現代，大數據 (Big data) 與區塊鏈 (Blockchain) 成為現代版的 2B (To be), 各方如何拿捏進退成為重中之重。我們需要 2B, 是因為區塊鏈作為底層技術，處理的是資料輸入並使其不被竄改、多中心化、使資料的可靠性及真實度提升，進而使其可被信任；有了益發可靠可信且真實的數據，再經過大數據分析將資料重整，才能使分析結果更準確、更有所本。君子務本，本立而道生，有區塊鏈為本，那更為完善的大數據分析、更豐富的金融應用場景自然就能應運而生了。 | science |
SOS!制定海洋廢棄物減量法更待何時? | 環保署宣布於 4 月 22 日舉辦全臺淨灘，回想國際海洋保育基金會於 1986 年發起淨灘，美國國家海洋大氣總署於 2005 年開始執行海洋廢棄物計畫，臺灣諸多環保團體於 2010 年成立臺灣清淨海洋行動聯盟，海巡署自 2016 年投入淨灘。比起來，環保署好像有點慢了。不過，對照過去公部門對此議題的漠視，此轉變無疑是令人興奮的。然而，我們有些憂慮，這樣的活動是否會如放煙火般曇花一現？如何能確保此活動永續？而且有效清淨海洋？是我們更關切的議題。國際間淨灘已久，卻越辦越盛大，一方面是民眾環保意識抬頭，一方面凸顯此問題日益嚴重。海洋廢棄物組成各地不同，近期研究顯示各地比例最高者都指向塑膠類，加上塑膠分裂成微塑膠，使得清除難度倍增，其破壞層面將不僅止於損害海岸景觀、影響船舶航行安全、損及海洋生物生命，甚至會進入食物鏈造成更多傷害。此亦促使聯合國 2030 永續發展目標第十四項海洋與海洋資源永續第一點就是「各國在 2025 年以前，預防及致力減少各式海洋污染，尤其是陸源污染，包括海洋廢棄物及營養鹽污染。」要減量必先思考來源。從國際海洋保育基金會 2016 年淨灘報告看來，30 年來累計前三大類為廢棄漁具、塑膠袋及各種免洗餐具。而台灣 2015 年海廢統計前三名則是寶特瓶蓋、廢棄漁具與塑膠袋。對於這些海廢議題，政府可以怎麼做？美國商業部海洋大氣總署最早於 2005 年提出乙套海洋廢棄物清理計畫，續於 2006 年通過「海洋廢棄物研究、預防與減量法」。該法規授權美國國家海洋大氣總署為主管機關，與環保署及海岸巡防署合作，必須調查相關海洋廢棄物分布、密度、釐清海廢來源、訂定有效的減量計畫、建立並公開海廢資料庫、推動淨灘教育推廣等。為此，美國每年編列 1200 萬美元。2012 年，為因應日本海嘯帶來大量廢棄物對夏威夷等地造成生態破壞及產業衝擊，該法更名為《海洋廢棄物法》, 成立跨部會海廢整合委員會，強化各機關橫向聯繫，以及評估重大海廢事件 (如海嘯) 對於海洋產業的經濟衝擊、制定減量方案、每兩年提出進展報告。面臨海洋廢棄物跨國界問題，美國阿拉斯加參議員蘇利文與羅德島參議員懷特豪斯更聯合幾位跨黨派議員，於今年 3 月 29 日提出修正案，建議更名為「拯救海洋法 (英文為 "Save Our Seas Act of 2017" 或稱 "SOS Act of 2017")」, 進一步鼓勵州 (地方) 政府積極參與，並加強國際合作、推動國際協定，希望全面性減緩全球海洋廢棄物。無獨有偶，澳洲環境能源部在日前提出乙項針對「2017 海洋廢棄物衝擊海洋脊椎動物之海洋廢棄物減量計畫 (THREAT ABATEMENT PLAN, for the impacts of marine debris on vertebrate marine life, 2017)」預告，請各界提供意見。該計畫洋洋灑灑近五十頁，詳細分析問題後，制定六大目標：(1) 避免海洋廢棄物長期衝擊 (2) 界定關鍵受影響物種以及優先行動 (3) 進行相關調查及減緩措施之研究；(4) 移除現有海洋廢棄物；(5) 監督海洋廢棄物的量、來源、種類、化學成分以及減緩措施的有效性；(6) 增加大眾意識。並就各項目標規畫行動計畫及編列計畫經費，文末附上近 60 篇報告以及受影響之海洋生物名錄。特別的是，計畫中寫到，各項慶典活動施放氣球是造成海洋生物死亡的來源之一，建議各方考慮禁止施放氣球。以上兩個國家對於海洋廢棄物的應對方式，包括援引充分的調查資訊、制定完善減量方案、藉由法規確保各項工作的經費來源及延續性、徵詢大眾建議的過程都值得台灣省思。單從研究看，全球海廢研究資料庫 (http://litterbase.awi.de/litter) 有關海廢組成的六百餘篇報告，臺灣僅有兩篇由臺灣海洋大學與成功大學分於新北市六處海域以及高雄的兩篇報告。所以，對於臺灣周遭海洋廢棄物分布熱點以及密度尚缺乏資訊。而環保署的「海漂廢棄物處理方案」, 目前可見也就止於淨灘、清理廢棄物等文字說明，並無研究調查、量化指標或者減量目標與經費安排，這也是我們擔心淨灘活動曇花一現的原因。在國際淨灘聯盟 2016 年報告中參與的 93 個國家當中，臺灣參與人數排名 13, 比周遭的日本 (15)、中國 (17)、韓國 (20) 都多，臺灣民眾的參與值得驕傲。也因此，我們對於政府投以更高的期待。我們期待環保署投入淨灘之餘，能更積極推動海洋廢棄物減量法，以及跨部門的整合、建立全面的研究調查與積極的減量計畫與評估指標，為海廢問題尋求長遠且穩定的解決方案。至少，我們期待在今年淨灘活動後，可以看到環保署公布一張臺灣海岸廢棄物分布密度圖與種類組成分析，做為下一階段的減量對象。然後，當明年同時地舉辦活動之後，能看到這些廢棄物的密度降低，那將更能肯定且證明淨灘活動價值之所在。 | science |
該是重新出發的時候了!--渡過PubPeer風暴 | PubPeer 這個出版後同儕審閱的網站，是臺灣這波學術造假案的初始戰場。臺灣從來沒有像 PubPeer 這樣可以不受官方干擾、不受大學閥左右的學術揭弊場所 (儘管揭弊可能不是 PubPeer 成立的本意), 因此五個月以來，這個網站就成了臺灣學術界的熱鬧推理劇場。在網頁上各式各樣不同的爆料中，雖然有些是可以輕易回覆解決的烏龍指控，但更多的詰問則是需要嚴肅面對的錯誤 —— 不管是可以原諒的無心誤失，或是蓄意為之的造假。但很遺憾的，目前我們看到在此波案件中主要被調查的諸人，面對他們被指控造假的論文 (包含那些宣稱已完成勘誤程序的文章), 沒有一位願意真誠的向學術界、向大眾說明造假原委；覺得受冤枉的，也未見主動以原始數據或是重現其實驗的方式，公開其勘誤的過程來證明他們的清白。致使這段期間內，人們對臺灣學術界的印象只剩下各級當事人的狡辯避責，毫無擔當的學術沉淪；而受害最大的，不是那些造假的徒眾，而是眾多兢兢業業、謹守科學本分的研究工作者。還好，我們看到一個完全不一樣的例子。受訪者是國立陽明大學臨床醫學研究所的楊慕華教授，他在此次的風暴中，因為有些已發表論文的作者群中列有台大造假案的某些主角，所以也被科技部列為調查對象。在他被調查的論文中，有些的確有缺失，勘誤了，有些則是別人蓄意挑剔，僅需澄清說明。我們詢問了楊教授的意願，他非常樂意公開他所有與期刊交涉勘誤過程中的資料，也願意公開他被指控有問題的圖表之原始實驗數據，亦同意公開在原始數據外，為昭公信所重做的實驗結果。也因此，《科學月刊》決定進行這次訪談。在呈現訪問內容之前，請容我們先將受訪者的感言在此寫出。「我一定要努力，我要告訴人家不是臺灣做生醫的都是假的。我要好好的做，要告訴人家我們可以做得很好、也嚴謹。人都會有疏失的時候，但出現了疏失我會面對，我會盡我自己所有的力量，以證據去告訴人家說我這個地方已經澄清了。我要告訴人家，我們正正當當的做也可以投到頂尖的期刊，而且我不是為了追求高影響因子，而是要告訴人家我們臺灣的生醫對於世界上的生物醫學研究是可以做出真正的貢獻。」希望您讀完全文，也繼續鼓勵真誠的研究工作者。《科學月刊》總編輯 (以下簡稱「科」): 這次你的文章有些還是有勘誤。你認為什麼狀況是可以勘誤的、什麼樣的狀況是造假？如果讓你來審查，你會用什麼樣的標準來看待勘誤與造假的分別？楊慕華教授 (以下簡稱「楊」): 勘誤其實在各期刊的每一期幾乎都會有。如果這個勘誤不是拿另外的數據來使用、也不是刻意的變造的話，我覺得這樣的勘誤是科學界允許的事情。科：不過這次的狀況是有些論文雖然已經勘誤了，但是不管是臺大、科技部或教育部的調查都認為是造假。我想問的是，如果作者被指控造假，但期刊已接受勘誤了，那得要看到什麼樣的證據才能判斷是非刻意變造的無心之過？楊：第一我會看他提供的資料，看他有沒有辦法提供他當時的原始資料，這是最主要的；第二個是他這個東西是否是重複使用別處的資料，但是否是蓄意重複使用，有時候真的很難去判斷；第三是數量，如果文章裡只有一處，或許真的只需勘誤，但如果一篇文章裡有十個，那就不是勘誤可以說得過去的了。不過，這種判斷的過程像是法官在定一個人有沒有犯罪，是要先推定這個人有罪、還是先推他沒罪，這個心證空間蠻大的。科：但若作者辯解說因為 2006 年距今已超過十年了，可能筆記本丟掉了、電腦硬碟壞掉了而找不到原始資料，那你會要求什麼樣的查證程序？楊：我會希望他跟期刊勘誤的來往信件讓我知道，看看他對於那些有問題的東西解釋是什麼；若如果可以的話，他是不是應該要重複他的實驗。今天這個事件，我覺得給臺灣的科研非常好的教訓，不管之後所投稿的期刊是否有要求，我們都應該完備我們對原始資料的保存。不過還是剛剛所提過的法官判案，PubPeer 上在質疑文章跟期刊審稿人看文章不同，PubPeer 覺得這可疑，覺得你這個 lane 很像就是很像，作者就必須得提出反駁；但反駁了你還是覺得很像，作者就得要再不停地提出反駁。這個假設的起始點是有罪認定，因此若以有罪認定出發，那是不是所有人受質疑時，都應該把自己所有論文的原始數據都上傳？但所謂的原始數據要保留到什麼程度，保留幾年？科：這裡就衍生出另一個問題。這陣子 PubPeer 上有很多烏賊戰，一堆論文都被找碴。對於論文被放上去公開質疑，你覺得最好的應對方式是什麼？楊：作者不能閃躲，必須要回應，但是回應了，人家不一定會滿意。像我自己的論文被質疑時，在那個時候的氛圍很難說是不是善意，很多人跟我說不要再回應了，可是我就是堅持。第一時間回應的時候，需要找到原始資料，雖然有時後原始資料不見得找得到，可是我會盡力的去找，盡我所能的去找，所有的電腦調出來找，所有的記錄本翻出來找。雖然我還是有一個找不到，但是我有個佐證的方法，因為只要我當通訊作者的論文，一定都是我自己完成線上投稿程序的，不會假手他人。因為那個問題很像是投稿過程常見的壓縮成 PDF 檔時之失真，亦即原始上傳檔案是用 JPEG 或是 TIF 那種解析度很高的格式，但在 PDF 壓縮過程就會遺失些細節。所以我就用當時上傳時的原始資料，這個資料我覺得是有公信力的，因為如果說調查有需要，我可以當場開給你看，那是我無法去竄改的歷史記錄。所以當時我在兩天內找到原始資料回答質疑。當然有些質疑沒道理，我曾經被質疑這兩個柱狀圖的柱子一樣高，但其實拉條線就知道兩個是不一樣高的，這就很簡單的回應即可。不過有些質疑是真的論文出現錯誤，那我自己就得認真追究錯誤是怎麼發生的。譬如說我做了六組，有一組放錯了，那就得回去那個組的原始資料裡面找，確認那只是真的把圖片放錯而已，接下來就得盡快寫信給期刊勘誤，然後把勘誤來往的信件留著。但這樣還不能算結束，我覺得今天做為一個負責任的科學工作者，不能只是勘誤就了事！你必須要重複你的實驗，告訴人家說，這個實驗有錯誤但是我可以重複！像我被質疑的東西，雖然大部分都沒有錯，可是我就是重做，重複了 3 次！所以我的實驗室有幾個月都沒有任何新的進度，全力把所有被質疑的地方的實驗都重複 3 次！科：你到現在總共勘誤了幾篇論文？楊：2 篇。科：你願意把勘誤的過程直接公開嗎？楊：願意。〔註一〕科：包括你重新重複的實驗數據？楊：是的。〔註四〕科：另一個問題是責任歸屬。即便是第一作者，但是沒做文章中那個出問題的實驗，那要不要為此篇論文的造假處負責？你怎麼看待各作者該負的責任？楊：就第一作者來說，我覺得要看第一作者跟通訊作者之間的關係。如果第一作者是通訊作者的學生，那我覺得通訊作者要負主要責任；如果第一作者跟通訊作者是合作者的關係，那這個時候的各作者都得分攤責任。但第一時間該出來道歉的，一定是通訊作者。至於各作者的責任要如何區分？若說不是通訊作者也不是第一作者，你只是一個列名在中間位置的學生，而且所負責的數據也沒有被質疑，那我覺得應該是沒事。但如果是一個計畫主持人，而且你的貢獻是含糊 (ambiguous) 的，你就得澄清你做了什麼。若是他負責的部分之外的其他地方造假，那我覺得他基本上不用負責，但是仍必須有榮辱共擔的義務，因為投稿前，通訊作者應該會把投稿資料給每個作者看過才能夠投稿，因此論文若有問題，他還是必須要承擔部份責任，只是責任輕重與通訊作者有很大的差別。當然，但如果說他的貢獻含糊到難以清楚確認，這時的責任歸屬就需要更多方考量了。科：現在很難有單一作者的論文，特別是生醫類的論文作者常常一大堆。經過這次事件後，對於一篇有多位作者的論文，你將以什麼樣的程序來檢查各作者的誠實度？楊：這可能有兩種情況，一個是他就是幫忙收集樣本，或者是提供試劑，這時所有的數據還是在我的掌控之下，那就沒問題。那如果說他做的是我不會做的實驗，他完全負責那部分的數據，我現在可能就會要求所有的原始數據要給我；同樣的，若是我協助其他人的論文，我也會把原始數據給他，讓他自己也保有我負責的原始數據。科：如果對方不給你原始數據呢？楊：那就不要投稿。科：所以合作對象是重要的。談談你是怎麼找合作的對象？楊：主要是各種開會的場合，譬如說各種的審查委員會、學生的論文委員會或者是學術研討會議，會很容易知道什麼東西是誰會做，如果說有需要的話，就可以主動去跟人家聯絡。科：你有特別考慮他們的信用或是其他的紀錄嗎？會先評估一下這些，再去找合作對象？楊：會，但將來會更仔細，變成首要考量。我覺得這次事件的經驗，算是突然在臺灣生醫界訂了一個新的遊戲規則，對於年輕一代的人來說這也不錯，以後都有一個好的規則可遵循，之前是這個規則不太清楚，但是現在很清楚，就是以後大家合作的時候，到底該考量那些事情，就像前面提到的，一定得願意提供原始數據。科：你這次會被調查，其實最主要是因為你有論文跟張正琪同列作者，那是導火線。方便談一下為什麼你會找張正琪合作嗎？楊：其實很簡單，因為我是做口腔癌的，臺灣做口腔癌基礎研究的人真的不多，在 2006 還 2007 年的一個亞太口腔腫瘤學會，我就認識臺大做口腔癌的幾位老師，不只她，還有其他人。因為年紀上算是同一輩的，溝通上比較容易沒有輩份上的問題，所以就有了些合作的提議。科：她有什麼樣的技術是你自己沒辦法做到的，所以要找她合作？楊：倒是沒有，沒有特別的技術是我不會的，但因為 2007 年那時候，我剛有實驗室，非常小，她那時也是剛有實驗室，但比我大一點，資源比較豐富一點，那個時候有一點算是合作實驗室，有她的學生來我這邊做，但我沒有學生去她那邊，因為她的學生比較多，我的學生一開始很少，所以就是她的學生在我這邊訓練，也做合作的題目。科：教育部、科技部都有調查你的論文嗎？楊：教育部沒有。科：方便談一下科技部的調查程序嗎？楊：科技部就是寫個信給我，說有人檢舉我，檢舉了我哪幾篇。其實，就是很簡單的照 PubPeer 上指控我的，從第一條列到最後一條。科：總共有幾篇？楊：4 篇，都是跟張正琪老師共同發表的論文。或許科技部就是以張老師的著作為主，跟她一起列共同作者的都調查。科：只是書面要求提供說明嗎？楊：對，書面提供說明。科：有沒有要你去現場報告？楊：沒有。科：您提供了書面說明之後，科技部有回應你什麼嗎？楊：沒有。科：也沒有跟你說沒問題？楊：沒有。我後來有主動查詢，科技部是說初審如果沒問題就不會再通知你，如果有問題的話，複審才會請你當面再解釋。科：您回覆科技部的時候，你有跟論文的其他作者聯繫說要怎麼回覆嗎？楊：有啊，我要求相關實驗的人要把原始數據找出來。就像在回覆 PubPeer 的質疑那樣，馬上回應，然後把原始數據全部貼出來，那告訴質疑者哪一些是他看錯的，哪一些是我有錯的。我有錯的就勘誤，但我可以把我勘誤的來回信件都給你看。再來是我重做 3 次的實驗結果也都貼給你看，我就是以這樣的程序處理每一篇。科：您方便把回覆科技部的內容也全部公開？楊：可以。〔註二、註三〕科：教育部沒有調查你嗎？楊：沒有。科：臺大也沒有要求你幫忙什麼？楊：臺大只有因為一篇與張老師共同作者的論文，要我書面回覆我的貢獻度。科：榮總或陽明有沒有調查你？楊：陽明有問，我也做了解釋，校方有接受我的說明。科：陽明是什麼單位詢問你？楊：人事室跟教務處，因為臺大的公文是去到那邊。科：有了此次的經驗，您將來要怎麼去預防實驗室發生這類錯誤？楊：其實我最近還是一直在投稿論文。就我自己的實驗室來講，很簡單，就是把 A 的論文請 B 看，我就請 B 當作是 PubPeer, 就找碴，學生之間互相找碴，特別是關於圖表的內容，然後 B 看了之後再叫 C 也做一次一樣的事情。有時候真的會找到圖有擺錯的。另外就是每一次的實驗進度報告時盯好數據的整理，不只要報告原始數據，連實驗時的各種條件都要寫好，像是在什麼溫度下做的。還有檔案保存也是重要的工作。我覺得這次事件對大家的教訓是很大的，將來要盡量避免疏忽造成的錯誤。科：要投稿期刊的論文都是你自己寫的，還是學生寫完你修改？楊：學生寫完我改，但一定是我來完成投稿程序，我不會給學生按最後那個送出的按鍵。學生的初稿其實常常變成我要改寫 (rewrite), 畢竟我在正式發表上還是比較有經驗。文章中需要的圖表該如何呈現，我會跟學生一直來回討論，所以每篇論文我都還是花了非常大的力氣在做這些事情。有的時候人會卡在論文的繁雜內容中，這時候請一個他對這篇論文內容沒多少了解的人，只就圖表的呈現與出現的邏輯檢查，我覺得還蠻有幫助的。他可能在幾個小時的時間內，看出某兩個圖很像，這時候，做實驗的人就把他的原始數據給他看，讓他判斷有沒有貼錯。如果說還是覺得可疑，就再找一個有經驗的人來判讀確定。我現在是用這樣的方式來預防，但能預防到什麼程度不知道，就是盡力。我們當老師的人，一定要把持住最後一個關卡，在投稿前要一再的確認，所以我才會堅持通訊作者的那個送出按鍵一定要自己來按。科：事前預防重要，事後懲處也可以有阻嚇的效果，但目前大家普遍對於檯面上看到的懲處都覺得太輕。什麼樣的懲處，您覺得才是合理的？楊：這得在法律條文裡面寫清楚，不管是否要追回全部的經費，總要有法律的依據。雖然今天發生不對的事情，可是在發生這個事情之時並沒有明確規則可依循處理，所有問題就可能會被一直上綱，變成問題不論大小，皆要最嚴厲處置。我覺得因為這次事件而有機會在臺灣樹立一個處理的標竿，以此建立新的共識與規矩，像是勘誤要不要處罰、調查要不要回溯、經費要不要追回等，都需要有明確的規矩來處理。科：關於這整個事件，您還有沒有想說的感想？楊：我的感想可能會跟大家有點不一樣。其實我算是受害人，這段時期某個程度社會上是陷入一個獵巫的狀態，今天在 PubPeer 被找到的人就是巫，要被獵掉。我在那個時候心情非常低落，雖然我覺得說我做事很小心、很認真，那可是後來還是被找到缺點。其實很多人都有被找到，包括在媒體上發言的一些意見領袖的人也有被找到，就算是某些參與連署的人也是有被找到！(編按：陳培哲的問題論文，《科學月刊》在報導中提到了幾次，他也有因為 PubPeer 指控而勘誤的文章，但並沒有主動跟大眾說明。) 楊：這就是很弔詭的地方。不過我覺得科技部講得很對，今天用公權力介入時，必須要很謹慎的使用公權力，不能隨便就處罰一個人；當然，也不能不用公權力去解決事情。但這件事情對我來說太負面了，負面的能量非常非常大，我有段時間非常非常的沮喪，常常會想說我當醫生就好了，今天做這些研究又不是會有比較多的收入，根本沒有；也沒有比較有名，或許學術界裡有些人知道我，但在醫學界裡很多人就不太認識我。我對這類的名氣也不是很在意，那是不是就乾脆不要做研究，就只當醫生就好了？可是後來是因為我必須對我的學生負責，另一方面還是覺得割捨不下我對研究工作的熱情，所以差不多在沮喪了一個月後，我覺得還是應該回來面對，然後才會想出那幾個層次的回應，包括以原始資料勘誤、重複驗證實驗等。我想到我能做的全部事情就是這些，但我覺得像我這類誠實面對的人的聲音並沒有被外界注意到。現在社會上大概就三種聲音，一個是那些被指控造假的人的聲音，一個就是像蔡老師這類針對事情本質的評論聲音，還有第三種聲音，就是很酸，說你們做生醫的都是假的，發那麼多論文都是有問題的，拿了一堆錢，卻只出假貨。我跟我的好朋友說，沒關係，我一定要努力，我要告訴人家不是臺灣做生醫的都是假的。我要好好的做，要告訴人家我們可以做得很好、也嚴謹。人都會有疏失的時候，但發生了疏失我會面對，我會盡我自己所有的力量，以證據去告訴人家說我這個地方已經澄清了。我要告訴人家，我們正正當當的做也可以投到頂尖的期刊，而且我不是為了追求高影響因子，而是要告訴人家我們臺灣的生醫學界對於世界上的生物醫學研究是可以做出真正的貢獻。我是一個醫師科學家 (M.D. Ph.D. Physician Scientist), 我本來很滿意我自己的工作，覺得自己不只會做一般的臨床工作，也可以做基礎的生物醫學研究，而且做得還不會太差。但是現在 M.D. Ph.D. 卻變成一種恥辱，變成一種很丟臉的身分；我跟一位院士聊過，他說他也很沮喪，看到那幾個常見談論此事的網站，就覺得那個負面能量很強。今天做我喜歡的工作變成一件充滿負面能量的事，那是非常非常的痛苦。我經過非常久的沉思，最後還是決定積極面對，就是像我講的我盡所有可能用真實證據澄清。再來要跟大家共勉打氣的是，在 12 月、1 月事情鬧得最嚴重的時候，我還有論文在 PubPeer 上面的時候，我的 2 篇論文，一篇投到 Nature Cell Biology, 一篇投到 Cancer Cell, 剛好都是問題焦點的期刊，但我 2 篇論文都可以進入 revise, 而且 Nature Cell Biology 的編輯還請我審閱他們期刊的稿件。所以我相信，今天你個人如果處事審慎，有累積的口碑，雖然大環境的氛圍不佳，這個世界還是會給我們機會。我們就照著世界正常運作的規則走，就不會因為你的國家發生這些問題而被拋棄。這些國際期刊給我論文的機會，對我來說是一個鼓勵，因為那是來自國際學術社群的聲音，不然若只看臺灣內部的評論，說實在的，我非常的沮喪。我覺得我的研究是真實的，那對我來說是靈魂的一部分，是我最努力看重的事情。今天不是說我本身被誣衊而已，而是整個臺灣陷於一種非常黑暗的狀況，做生醫研究的人變成是一種恥辱的身分。但我今天就要把這個恥辱化成一種力量，來告訴人家說，不是這樣，我們還是可以好好做，我們還是可以很謹慎的做，以前如果說有做錯的，我們會面對它，誠實的澄清、重複驗證，確定實驗的可再現性。我要用我的能力告訴世界，我們臺灣研究者的信用沒有變差，還是貢獻出第一流的東西給國際學術界。今天我做這些努力，除了為我自己，一方面我也一直在想，我還能夠為臺灣的學術界多做什麼。後來我決定，就是往前走，要讓大家覺得，在這個事件之後的臺灣的生醫研究還是可以繼續做的。我們的研究不是不可以被質疑，被質疑了，就用證據澄清；不是不能有挫折，碰到了挫折，就去克服它。這段時間，我覺得我學到最多的是這個，當然這個代價很大，很痛苦，甚至動了放棄的念頭，但以真實的信念撐過了，就可以繼續走下去。科：很高興聽到你今天談的這些，這是五個月來我覺得最有價值的一個訪問。訪談後閒聊科：你覺得投入基礎研究對您在臨床上的工作，有幫助嗎？楊：有啊！我覺得我可以看到一些深層的東西，這是非常有意義的事情。臨床跟基礎這兩者是相輔的，病人為什麼會出現這樣子的病癥，背後一定有些原因在那邊，這個原因得要走基礎研究才會知道；而做基礎研究的時候，我不會只去探討 A 分子或 B 分子的機轉，我都會去問一個臨床問題，譬如說這個病人為什麼對化療的反應不好、為什麼會轉移到淋巴、為什麼有的腫瘤會爛掉，那這種東西必須是邊看病人才會邊有想法的問題。之前有一段時間我對於做研究實在非常有興趣，有點想說乾脆就只做研究。其實看病蠻辛苦的，有責任，既然喜歡做研究就不要當醫生，全職做研究或說看病當成副業就好。但是後來又覺得說，其實我的技術或是基礎研究的功力未必比其他研究者好，但是我有一個很大的優勢在於是我對臨床病徵的洞察力，我問的問題是臨床的問題，然後用基礎研究的方法去回答，這樣的結合，才比較容易產生對病人有利的研究。科：這次事件衍生出一個額外的議題，到底醫師有沒有時間做研究？就您自己的經驗，醫師的評鑑升等要看什麼才合理？楊：像臺大、榮總，這種一級教學醫院必須要做研究，這沒辦法，因為這是它的義務，他們如果不做研究那臺灣誰做醫學研究。那至於要不看論文，我是覺得說可以跟人家合作，醫師可以不用像我這樣自己整個統包，畢竟不是每個人的志向都是這樣，但他可以跟別人合作，譬如說，如果是一個純化學的論文讓一個完全無關的醫師來掛名，那就可能真的只是掛名，沒意義；但若是一位眼科醫師，他與其他人合作去創造了一種新的材質來替換眼角膜，雖然他不是材料科學家，也沒有去做那些材質的合成，但這個材料應用的發想跟最後在臨床上的試驗，沒有他就不行，那我就覺得這可以算是他的貢獻。當然，評審的委員是否有一致這樣的認知，也是很重要的，升等的評審委員們如果能以這樣的視野來看待，其實臨床醫師是否在研究上有貢獻，應該還是蠻容易就可以判斷的。科：你會親自做實驗嗎？楊：現在比較不會，因為雜事較多，以前剛有實驗室的時候，我是把自己當作是半個實驗人力。那現在不行，除了雜事太多，回家後得等到小孩睡覺後才能繼續在電腦前工作。禮拜六的時候，腫瘤科的醫生還要看病人，所以禮拜六上午看過病人後，我會跟學生相約討論，因為平常忙到沒時間跟他們討論，會待到下午，日常大概差不多都是這樣子。科：好，謝謝，該問都問了，你也都誠實以告，我想大家都要重拾信心，開始過新生活了。楊慕華老師於 4 月 17 日來函更正說明：教育部曾去函陽明大學教務處詢問楊慕華老師受質疑的論文狀況，但人事室並無接獲相關訊息，亦無與楊老師接觸。臺大則是以電郵詢問楊老師一篇共同作者論文的貢獻度，並無去文陽明大學，特此澄清。附註：佐證資料 [註一] 勘誤往來信件 (依時序排列之所有信件) https://goo.gl/nVi0lL。[註二] 回覆科技部之說明函 https://goo.gl/F1UBR8。[註三] 回覆科技部之實驗原始資料與重複驗證實驗之結果 https://goo.gl/FmNEig。[註四] 重複驗證實驗之原始數據 https://goo.gl/Jl0itO。 | science |
科技部打造智慧機器人創新自造基地 | 【本刊訊】近年來，隨著科技的日新月異，全世界所創造出的機器人也越來越靈活，能做的事情也越來越多。而為了因應世界趨勢，並且讓臺灣對於機器人與人工智慧有更上一層樓的進步，科技部將提供 AI 人工智慧平台，與行政院「前瞻基礎建設計畫 — 數位建設」計畫相連接，以 4 年 20 億元推動打造「智慧機器人創新自造基地」, 期望臺灣創造出更多具有特色機器人。陳良基部長表示希望能把年輕人進入機器人領域的門檻降到最低，讓臺灣對於機器人有更多的了解並有更多的創意發想。此外，為了讓學生能在求學時期對於機器人有更完善的學習，從去年開始，臺灣各地的科技園區也與教育單位進行連結，有計畫性的在各地方的學校合作，期望能夠讓高中職學校學生透過課程與實際操作，在畢業後能夠實際與產業接軌，提升競爭力。這項計畫的除了加強臺灣的學生能力外，預計也會和新創團隊、創客 (Maker)、園區廠商與法人機構等單位合作，近年來臺灣的創客活動越來越多，民眾對於機器人相關活動更是熱衷的情況下，希望也能夠對於這些民間單位提供協助，不僅僅是提供課堂上的學習，在放學之餘也能透過更多活動來補充機器人相關知識。此基地也希望提供臺灣的創客一個舒適的環境，讓創客們有任何的想法也能透過基地中的材料、儀器，將自己的創意發想實際的做出成品。而基地中除了有許多材料外，也會提供許多學習的相關課程，讓每位創客都能夠透過課程來提升自己的技術。而這項計畫也期望不只是提升自身的能力，也要學習國外的新技術，因此，目前也與國外簽訂合作，期望能與世界接軌，學習國外機器人的最新技術，再融合臺灣自身的想法與技術，創造出別具特色的機器人。未來也期望創客、研發團隊等能透過在基地所學習的技術與成果，以成立 50 間新創公司為目標，並期望能夠培育 4000 人和 30 組以上的創新產品。而目前基地內已製作出能泡出一杯有拉花的咖啡機器人，希望藉由這些努力，能夠讓臺灣的學生、研發團隊能夠積極加入機器人的世界。科技部，〈科技部打造全台最大自造者基地 運用台灣產業優勢，躍上全球人工智慧趨勢浪頭〉,2017 年 5 月 3 日。 | science |
南臺灣珊瑚即時觀測與復育行動 | 【本刊訊】珊瑚，為刺絲胞動物門，大部分不具有移動能力，主要食物來源為水中的浮游生物或是仰賴共生藻獲取養分，而珊瑚礁則是由珊瑚分泌的碳酸鈣形成的骨骼，在經過數百年至數萬年的生長過程中產生。而從先前文獻中可以發現，海中的珊瑚礁的多寡是海洋環境是否遭受破壞的指標。而由於近年來臺灣的珊瑚海域環境也遭受破壞，使珊瑚的保育工作更是刻不容緩。而國研院海洋中心也為了追蹤海洋底下的珊瑚，自 2015 年開始，便與墾丁國家管理處攜手合作，投入水下探測與數值模擬相關海洋科技研究能量，藉由觀測珊瑚產卵與追蹤珊瑚產卵擴散、漂流路徑及著床位置的底質特徵，嘗試用更有效且直接、創新的作業方式，進行珊瑚保育工作。而這項研究也已連續進行了 2 年的觀測，而近期，已是珊瑚大量產卵的季節。研究人員在此海域架設了 3 部水下攝影機，希望透過水下系統，並配合物理海洋之海流調查及生物採集方法，明確掌握珊瑚卵之數量及漂散過程，在投入海洋中心各項研究能量進行聯合觀測下，能了解墾丁南灣地區珊瑚卵之擴散與著床範圍。此外，在此時刻各式各樣的珊瑚都會在海洋中進行夜間的產卵，往年都會吸引大批的遊客為賭珊瑚產卵的盛況，並吸引攝影好手爭相拍攝。不過，因近年來影像直播盛行，因此國研海洋中心也再次與墾丁國家管理處共同規劃，選擇在產卵旺盛的核三廠出水口附近，來進行直播觀賞此觀測區域。拍攝地點在海面下約 3、4 米深的水域，這樣的深度剛好能夠看到不同珊瑚釋卵的過程，畫面壯觀。研究人員也期望透過水下即時影像系統，除了能夠精準掌握珊瑚大量產卵的時間之外，也能讓民眾在家就能進行產珊瑚卵的觀賞。除了觀賞之外，也能共同關懷海洋生態。不只是臺灣的珊瑚，近期全球也為了珊瑚的大量死亡而憂心，因氣候的變遷也使全世界各地的珊瑚礁大量的消失當中，科學家預估約會有 90% 的珊瑚在 35 年後滅絕，為了防止珊瑚礁的繼續的死亡，目前也發起了「珊瑚 50 (50 reefs)」的跨國計畫，未來也會選出 50 處岌岌可危的珊瑚海域，期望能夠有效阻止珊瑚的消失與白化。因此，在臺灣的觀測除了在整合海洋探測能量與珊瑚的保育之外，研究人員也期望能透過海洋生態保育與海洋環境維護，建立並提供海洋開發、防救災、海上急難救助、環境保育及休閒活動之決策模式等面向所需之參考資訊，為臺灣的珊瑚礁海域盡一份心力。國家實驗研究院，〈陪珊瑚產卵！共同關懷海洋生態 南灣珊瑚產卵聯合觀測〉,2017 年 04 月 18 日。 | science |
全新分解技術將廢棄樹枝轉化成有機土 | 【本刊訊】在臺灣，由於人們對於物質的追求越來越高，進而繁衍出越來越多的垃圾，對環境造成傷害。因此，對於廢棄物的處理也不容忽視，而除了一般垃圾與寶特瓶等回收物之外，樹木所落下的廢樹枝也是造成汙染的原因之一。最近，由中興大學與臺中市政府合作，共同簽署了「廢樹枝去化再利用委託技術服務合作意向書 (MOU)」, 主要是透過中興大學楊秋忠教授所研發的技術，將廢棄物轉化成再生資源。先前臺中市政府為了解決這些廢棄樹枝，採用了火燒的方式進行清除，卻嚴重造成臺中市的空氣汙染，因此，有了前車之鑑之後，為了避免再度造成空汙，於是市政府、環保局、建設局和中興大學將透過合作、活用楊教授這項技術，將廢樹枝在較短的時間轉化成可用的資源 ——「有機土」。由楊教授所研發的木屑快速醱酵技術，是一種能快速將木屑腐化的技術，若以先前的技術，是透過一般的微生物來進行分解的話，6 公噸的木屑需要經過長達 6 個月的時間才能夠分解完成，而經由這個特殊醱酵技術，能夠將時間所短為 3 個小時，大大加速了木屑的分解，除此之外，還可製成有機土，達到資源再次利用的循環。楊教授已致力於微生物肥料研究多年，為了找出快速分解有機物方法，他也花了極大的心力在快速分解技術上。楊教授認為一般分解有機物是利用土壤中的微生物處理，而他的想法是想透過濃縮提煉的酵素，以大幅提升分解速度。而在找到關鍵技術後，還進一步研究了如何使酵素固化、易於保存並避免發酵過程中產生惡臭，將此研究集大成。另外，研究團隊先前已將此技術落實在校園之中，將中興大學內許多的枯枝落葉，不僅已透過技術進行分解之外，還將這些廢樹枝轉化成有機土，讓中興大學的垃圾減量為臺中市校園第一名。楊教授也表示透過短時間的分解並製作成有機肥，不僅縮短時間並加快製作，也代表著廢棄物堆肥場的空間所需較小、能壓低成本，還能保護環境，一石二鳥。而目前簽訂此合作後，環保局也積極的要將合作化成實際行動，目前已規劃購買一臺可每日處理約 6 公噸的廢樹枝的醱酵反應槽設備，並將此設備放置於文山巨大破碎場中，且預計在 2017 年 7 月開始使用。除此之外，未來也將視醱酵反應槽設備使用的狀況來進行更多反應槽的添設，希望在不遠的將來能夠每日進行 30 公噸的廢棄木、樹枝處理，並使能夠轉化的有機土達到最大量，並有效的利用。中興大學，〈吃便當研究廚餘 楊秋忠找到「飛彈」酵素〉,2017 年 4 月 26 日。 | science |
人工生物袋讓早產的羔羊在體外持續發育 | 【本刊訊】胎兒在出生前處在母體的子宮中，由胎盤提供營養和氧氣，且環境中富含羊水，讓胎兒能透過漂浮在子宮中，阻擋外面的干擾，逐漸長大，一般嬰兒須待在母體時間為 37 週。早產兒，除了在體型相較於一般嬰兒較為嬌小外，可能還會伴隨著腦部、肺部、腸胃道等器官發育不全而造成腦部麻痺、呼吸困難與腸胃壞死等疾病產生，大大的增加早產新生兒的死亡機率。雖然目前的技術能夠透過保溫箱的方式讓早產的嬰兒能夠在恆溫的環境慢慢長大，但是在美國與歐洲每年還是有 9 萬個早產兒出生後遭到嚴重的生命的挑戰，主要為大腦與肺部的疾病，能夠存活的機率也約只有 10~50%。過去，也有不少研究人員試圖開發出能模仿生殖環境的人造子宮，不過因為這些儀器是依靠外部幫浦，將血液透過氧氣迴路進行來氣體交換，但是由於外部的過度干預則會反過來導致胎兒血液流動失衡並造成心力衰竭。此外，在外部的機械幫忙下也可能會破壞早產兒脆弱的肺部或停止肺部發育。有鑑於此，為了找到一個能提高早期早產兒存活率且更像母親子宮、較柔軟的環境，賓夕法尼亞州費城兒童醫院 (Children's Hospital of Philadelphia, CHOP) 的研究人員模擬了母體內環境，提供了一個密封下的生物袋 (biobag), 在袋中提供人工羊水，並適時進行交換，已成功地讓早期的羔羊在裡面存活 4 週。研究人員將 8 隻早產、年齡為 110 天，相當於人類年齡 23~24 週大的羔羊，為了防止外來的壓力會傷害到生物袋中的羔羊，因此，生物袋不使用幫浦來進行氧氣、血液循環，而是將羔羊的臍帶血連接到含氧血 (oxygenation of the blood) 的循環系統，並透過胎兒本身的心臟驅動整個循環，並且在袋中放入模擬母體的人工羊水，讓羔羊在富含液體的密閉系統中生長。比起他們先前的第一次嘗試羔羊只存活了 108 小時就引發敗血症及其他的炎症，透過不斷的改良人工羊水的條件下，這次的實驗則成功的讓羔羊在生物袋裡面培養了 4 週，4 週後將這些羔羊從生物袋取出，並使用人工呼吸器接替生長，雖然有引發些微肺部炎症，但存活狀況良好。而目前有些羔羊已被犧牲進行解剖，來觀察這人工子宮孕育是否影響其發育，而活下來的羔羊有些已斷奶、最長的則已經超過 1 歲了。目前研究人員也積極的申請，希望能在 3 年後進行人體試驗。不過，研究人員也強調，這個實驗不是為了要發展成完全的體外人工子宮生長，而是為了幫助已出生的早產兒，讓尚未發育的器官再生長，以提升其生存能力。Jennifer Couzin-Frankel, Fluid-filled ‘biobag’ allows premature lambs to develop outside the womb, Science, 2017/4/25. | science |
嬰兒臍帶血能改善記憶與學習 | 【本刊訊】近期臺灣出現透過臍帶血治療腦性麻痺成功的首例，讓臍帶血有了更多面向的治療。除了臺灣的亟待寫治療成功，在美國史丹佛大學 (Stanford University) 最新的研究發現人類的臍帶血中有一種蛋白質能夠改善老鼠的腦功能，有效的抵抗衰老症狀，包括記憶喪失、降低肌肉功能、新陳代謝下降與骨質的流失。數十年來，研究人員為了研究年輕血液對於小鼠的影響，透過連體接合術 (parabiosis) 將兩隻小鼠縫合在一起，並藉由較年輕小鼠的血液分享其循環系統。而先前的結果也顯示利用這樣的方法能夠使小鼠恢復年輕活力。因此，研究人員進一步測試新生兒的臍帶血若注入小鼠體內能否有相同功效，目標是要找出人類臍帶血是否存在著影響衰老症狀的因子。實驗結果發現，將人類臍帶血注入小鼠的靜脈中，可以改善小鼠的迷航能力 (navigate mazes) 並且學會躲避會遭受電擊的區域，代表著能顯著改善其記憶與學習能力。當研究人員將這些小鼠的小腦進行解剖觀察發現在與學習和記憶相關的海馬迴中，細胞會表達更多能引起神經元在腦中有更多的連結的基因，然而若提供較年長的血液則沒有這些情況發生。得知這項結果，研究人員進一步將臍帶血當中的 66 種蛋白質與年長的血液進行比較，找到了幾個可能造成影響的蛋白，並將之注入小鼠靜脈中，發現只有其中一個蛋白 TIMP2 (tissue inhibitor of metalloproteases 2), 能改變小鼠的表現，讓正常老化所損失的腦細胞再生，而在注射缺乏 TIMP2 血液的小鼠則對於記憶無任何影響。目前研究人員還不清楚 TIMP2 是如何維持及調節大腦中的細胞以影響記憶與學習，因為現今的研究中 TIMP2 從未與記憶和學習有任何相關連性，不過先前此實驗室的研究則發現年輕小鼠的血液含有較高水平的蛋白質 ——GDF11, 並且若將 GDF11 注入小鼠中則會刺激腦中的血管生長，不過此蛋白質並不會直接進入大腦調控，因此科學家認為 TIMP2 可能是調節細胞和血管生長的上游主要因子，增加此蛋白質則進而同時影響許多分子途徑 (pathways), 進而調節身體中的系統進行並間接影響大腦。研究人員也表示下一步要確定 TIMP2 是如何具體的影響大腦，是活化已老化的細胞或是對一般細胞有全面性的影響，將透過更多的研究來釐清。若 TIMP2 對於記憶與學習能夠有顯著的幫助，未來或許也可能發展成治療老人癡呆症的相關藥物。Sara Reardon, Young human blood makes old mice smarter, Nature, 2017/4/19. | science |
清大以紅磷為電池材料電容量大幅提升 | 【本刊訊】目前最常見的手機電池為鋰電池，然而其電容量目前較難提升，科學家轉為尋找其他材料，試圖要製出體積更小、電容量更大的全新電池材料。由清華大學化工教授系段興宇領導的團隊研發出全新電池材料「摻碘的紅磷奈米粒子」, 理論電容量是目前鋰離子電池中使用的負極材料 (石墨) 的 7 倍，耗材只要鋰電池的六分之一。此新電池是全球第一個以紅磷材料為負極、且可正常使用的全電池。段興宇表示，鋰離子電池廣泛使用於 3C 商品，但它的電容量、也就是一次充電能使用的量遲遲無法再提升，關鍵在於負極所使用的石墨材料電容量已達極限。過去雖有學者想研究以理論電容量達石墨 7 倍的磷來替代石墨，但苦於磷雖然可蓄存的電量高，但它幾乎不導電、如同絕緣體，且即使好不容易把電充進去，只要充放電幾次，磷材料就會因急劇膨脹而破碎。還有科學家試著混合磷與碳，然而一旦稀釋掉磷，充電容量也難大幅提升。清華大學新聞稿表示，研究團隊耗費一年的時間，試過數百種材料，發展出溶液合成法。研究團隊使用三碘化磷為原料，在室溫下就可合成出「摻碘的紅磷奈米粒子 (Iodine-Doped Red Phosphorus Nanoparticles)」, 且僅需要 5 分鐘的時間，電導率瞬間提升為原來紅磷的 100 億倍。另外，這種新材料在經過數百次的充放電後，仍然穩定不破裂。論文第一作者張維中表示，以往研究人員在嘗試合成奈米磷化物時，多使用要在高溫下才能釋放磷的前驅物，然而經過他們的試驗，這類的前驅物在高溫下，並無法讓磷單獨形成奈米材料。但在一次偶然的實驗中，他試用沸點較低的前驅物：三碘化磷，產生意想不到的好效果，從此重新設計實驗系統，成功在室溫下製造出摻碘的紅磷奈米粒子，這也是全球首例在室溫下合成出紅磷的奈米材料。段興宇表示，磷是地表上最豐富的元素之一，且其便宜易取得，使新材料的潛力無窮。以最新的蘋果手機 iPhone7 為例，目前使用的電池負極的石墨耗重約為 6 公克，若改用摻碘的紅磷奈米粒子，僅須不到 1 公克即有同樣的電容量，預計能做出更小、更輕、續航力更佳的新材料電池。這項研究成果近期登上了奈米科學標竿期刊 Nano Letters, 美國化工科普雜誌「美國化學化工新聞 (C&EN news)」亦撰文報導。清華大學，〈清大研發紅磷新材料 造出更小的「海量」電池〉,2017 年 4 月 18 日。 | science |
美國利用人造光合作用回收溫室氣體並生產出可用太陽能 | 【本刊訊】近年來，全世界都深受溫室效應的影響，其中導致溫室效應的最主要因素被認為是溫室氣體的過多排放。而最近，在美國中央佛羅里達大學 (University of Central Florida) 研究人員則發現一種方法，由人工觸發合成材料中的光合作用，可以將溫室氣體轉化成乾淨的空氣，並且能同時產生能源。此過程除了具有創造能顯著降低會造成溫室效應的溫室氣體外，同時也創造出一種清潔能源。研究團隊創造出一種在能觸發化學反應的合成材料，稱作金屬有機骨架 (metal-organic frameworks, MOF), 能將二氧化碳 (CO2) 分解成無害的有機材料。就像植物的光合作用，是將二氧化碳和陽光轉化成碳水化合物，而這個發現不是生產出碳水化合物，而是生產出太陽能燃料。一直以來，許多科學家都在追求將可見光引發化學轉化的方法。雖然紫外線具有足夠的能量能在像是二氧化鈦的一般材料中進行反應，但是紫外線的缺點在於僅佔太陽接收光的 4%。而在可見光的範圍中，雖然佔太陽光線的大部分，但是卻沒有任何材料能夠吸收這些較低能量的光並產生將二氧化碳轉化成燃料的化學反應。儘管科學家已嘗試了各式各樣的材料，但是，能夠吸收可見光的材料往往都是稀有且昂貴的材料，像是鉑 (platinum, Pt)、錸 (rhenium, Re) 和銥 (iridium, Ir) 等稀有材料。有鑑於此，研究團隊嘗試使用鈦 (titanium, Ti), 是一種常見的無毒金屬，並添加有機分子作為估光的吸收天線，以便光的吸收並測試此方法是否能作用。而此光收集天線稱為 N - 烷基 - 2 - 氨基對苯二甲酸酯 (N-alkyl-2-aminoterephthalates), 被設計成當加入金屬有機骨架時能吸收特定藍色光。研究團隊為此組裝了一個藍色的、圓筒狀的 LED 反應器來進行測試，將二氧化碳緩慢的加入反應器中。研究發現，它能將二氧化碳轉化成 2 種還原的碳並同時清潔空氣，而這兩種原料也是太陽能燃料，分別是甲酸 (formate, HCOOH) 和甲酰胺 (formamides, HCONH2)。研究團隊也表示未來的目標是會繼續調整此方法，並觀察其他可見光波長是否也能被觸發與合成材料的化學反應。若此方法能夠不斷進步，研究人員也期望未來能夠建立吸收大量二氧化碳的工廠，並透過此方法回收二氧化碳並且使用其重新被產出的能量。University of Central Florida, Triggering artificial photosynthesis to clean air, 2017/4/25. | science |
韓製出石墨烯可撓式顯示螢幕荷以細菌製作石墨烯 | 【本刊訊】石墨烯為單原子薄膜，是目前最薄也是最輕的材料。科學家致力於石墨烯應用研發，隨著顯示面板越來越薄，全球有許多研究團隊正投入利用石墨烯製作顯示面板的方法。南韓在近期研發出一款以石墨烯作為透明電極的 OLED 面板，取代易碎的氧化銦錫 (ITO) 透明導電鍍膜。南韓電子通訊研究院 (Electronics and Telecommunications Research Institute, ETRI) 與 Hanwha Techwin 合作，以石墨烯材料製出厚度不到 5 奈米的透明電極，開發出一款相當於 19 吋螢幕的 OLED 面板。目前使用的氧化銦錫透明導電鍍膜十分易碎，以石墨烯製出的顯示面板具可撓性，未來預計應用於穿戴式裝置。然而石墨烯原料取得容易，但要將原料轉為石墨烯是相對困難的，製造石墨烯目前多是使用有毒化學物質，其過程不僅昂貴且緩慢。荷蘭科學家也有新突破。荷蘭代爾夫特理工大學 (Delft University of Technology) 研究人員利用 3D 列印技術，將細菌列印在固定線上，可以將氧化石墨烯中的氧原子拉出，做出更像石墨烯的材料。根據研究團隊發布的新聞稿表示，研究人員發現 3D 列印機可以精準堆積細菌的位置，利用細菌代謝作用，在細菌通過氧化石墨烯材料時，將氧原子從原料中取出還原，減少氧化石墨烯中的氧。研究人員表示，這個還原過程還可使用加熱或化合物處理，但是利用細菌相對起來比較環保。研究團隊將大腸桿菌與藻類產生的膠體混和，並印在有鈣離子的盤上，而當膠體碰到鈣離子時就會硬化，進而固定細菌的位置。代爾夫特理工大學奈米生物科學研究員梅爾 (Anne Meyer) 表示，減少越多氧化石墨烯中的氧原子越多，就越接近石墨烯材料。只要 3D 列印細菌技術持續提升，就能將更細的細菌放置於氧化石墨烯上，做出更細緻的石墨烯。未來希望能夠將此技術運用在太空技術中，以便科學家在太空中建造電子儀器。The Korea Herald, Korea first to use graphene to make OLED panel, 2017/4/11. | science |
國研院「光致退火抗輻射」專利獲國家發明創作獎 | 【本刊訊】經濟部為提升臺灣的產業，於每 2 年舉辦「國家產業創新獎」與「國家發明創作獎」, 鼓勵產業創新及專利發明，增加更多的產業價值。因此，經濟部舉行了「創新之夜─106 年經濟部產業創新成果聯合頒獎典禮」, 在現場也頒發了第 5 屆「國家產業創新獎」, 共 38 名獲獎的單位、團隊或個人，除此之外，也獎勵了智慧財產專利的 6 名「國家發明創作獎」發明獎金牌得主。而其中，國家實驗研究院所擁有的「光致退火方法以及應用該方法之光纖裝置」專利，是來自國家太空中心在自主衛星研製計畫下所產出的關鍵抗輻射技術，除了在先前已獲有發明奧斯卡之稱的全球百大科技研發獎 (R&D 100 Awards) 外，也獲得這次的發明創作獎金牌獎獎座。此專利「光致退火方法以及應用該方法之光纖裝置」是用特別的光致退火技術，已達到即時修復因輻射照射引起的摻稀土元素光纖退化機制。可將光通訊及光感測系統中使用掺稀土元素光纖的光源功率與光放大器增益的耗損以幾近即時的方式完全修補回來，並且不受輻射的影響。除了對太空感測與遙測應用在福衛七號中自主微衛星精準姿態控制的太空級光纖陀螺儀之外，對於太空雷射光通訊、核子設施安全與災害偵防、星際旅遊與宇宙探勘等所需要的抗輻射、高頻寬光感測與光通訊系統的應用，影響廣泛。而這項技術除了獲得臺灣專利外，也獲得美國、中國等 4 項專利，並已有實際的應用在太空設備上。這項發明將對於臺灣發展自主衛星、核電廠災害防治及發展中的太空雷射光通訊等領域有顯著的發展。國家太空中心，〈本院「光致退火抗輻射」發明專利榮獲國家發明創作獎六面金牌之一〉,2017 年 4 月 21 日。 | science |
韓國充電技術新突破透過光照就能充電 | 【本刊訊】到戶外郊遊、拿著手機到處走走拍拍的同時，為了解決不易找到插座充電又不讓手機沒電的情況發生，人們會習慣攜帶行動電源已備不時之需，不過前提是行動電源必須先接上一般插座充足電。而最近，科學家找到了另外一個更加方便且快速的方法，開發出一種單片形狀且透過光就能夠充電的裝置。這項全新的充電技術所需的光，適用在一般陽光照射與室內照明設備的照射下，均能達到充電的效果。這件研究是由韓國蔚山國家科技學院 (Ulsan National Institute of Science and Technology, UNIST) 所開發出的一種由小型高效能矽晶體太陽能光伏板 (c-Si PV) 和鋰電池 (lithium-ion batteries, LIBs) 的元件組成的可充電攜便式電池，稱作「單片可攜式電池系統 (SiPV-LIB)」。此電池採用薄膜印刷技術，將固態的鋰電池直接印刷在高效率的矽晶體太陽能光伏板上，而這樣的設計讓此電池能夠有表現出優異的光電化學特性和緊密性，比起一般的傳統光伏板或單獨使用鋰電池的效果來的更好，且相較於先前的光電充電有大幅的進步，能在 2 分鐘以內快速充電，光電轉換與儲存的效率為 7.61%。此外，研究團隊透過串聯印刷的過程製造出固態鋰電池中帶有鋁 (Al) 電極的雙極矽晶體太陽能光伏板，並且為了實現 2 種不同能量系統的結構與電能無縫連接，使用鋁金屬層能同時作為鋰電池的集電器以及太陽能電池的電極，透過此銜接讓在不損失能量的情況下對電池進行充電。除此之外，研究團隊更進一步企圖將此發明的設備連接到各種攜帶式的電子產品，測試實際應用的可能。他們將單片可攜式電池系統設備插入預先切開的信用卡中，製造出單片的卡，稱作智能卡 (smartcard)。然後再用銀筆在卡片後繪製讓單片可攜式電池系統與 LED 燈連接的電路，並使 LED 燈發亮。除此之外，此設備也能與智能手機或 MP3 撥放器連接，並在陽光的照射下當作是一種輔助電池使用。除了在陽光照下下能在 2 分鐘內充完電之外，即使在 60°C 的高溫或是在極低光亮度、像是昏暗的客廳下也會持續充電，對於行動式的充電電源將帶來極大的影響，而這項研究結果也發表在 2017 年 4 月的《能源與環境科學》(Energy & Environmental Science) 期刊中。UNIST, New Breakthrough In Battery Charging Technology, 2017/4/24. | science |
臺灣爆發戴奧辛毒雞蛋未來農委會將加強檢驗與管理 | 【本刊訊】戴奧辛，是一種包含了數百種化合物的毒素，包含了多氯聯苯 (polychlorinated biphenyls, PCBs)、四氯雙苯環戴奧辛 (2,3,7,8-Tetrachlorodibenzodioxin) 等致命化合物，且半衰期長達數年，因此也被稱為世紀之毒。這項產物主要是因在自然環境中若有森林火災、火山爆發或工業製程時有含氯物質被燃燒所產生的有毒物質，是不存在自然界的有毒物質。而臺灣在 2005 年時也曾經爆發了戴奧辛鴨蛋事件，時隔 12 年後，臺灣又爆發了戴奧辛雞蛋事件。衛服部食藥署在 2017 年 4 月 21 日公布了檢驗的市售散裝雞蛋中含有過量的戴奧辛，主要為苗栗、彰化一帶所發售的蛋品被驗出超過標準的戴奧辛含量。此調查中發現一顆戴奧辛蛋的含量高達 5.2 皮克 / 克，超出所規定的 2.5 皮克 / 克。因此，現在這些蛋雞場也緊急關閉接受進一步的檢查。而戴奧辛對於人體會造成什麼危害？在先前的研究中已經發現戴奧辛屬於人類已知致癌物，且因戴奧辛為脂溶物，人類或動物吸收後無法被代謝，因此若長時間暴露在戴奧辛中會容易累積在體內，除了會增加罹患癌症的機率外，對於新生兒也會造成免疫系統缺陷、發育遲緩等情況發生。因此為了讓這次的戴奧辛雞蛋汙染的傷害降到最低，衛福部與環保署也將這些有問題的蛋雞場的雞隻進行管制，除了封存雞蛋外，也將雞隻與蛋都送至各單位進行檢測確認，並且環保署在養雞現場也採集了水、土壤、空氣等環境物質，希望能夠透過這些科學檢驗的方式釐清汙染源頭。除此之外，食藥署則持續追查雞蛋的流向，追查下游的供應商，防止更多的戴奧辛蛋被食用。除了養雞場的環境之外，飼料內可能有灰渣添入其中並使進入食物鏈，造成這次的污染原因，為此，農委會指出已公告事業廢棄物、事業廢棄物再利用產品或清除處理機構資源化產品，不得將這些產品使用在飼料或飼料添加物。 在汙染源尚未確認之下，農委會也進一步說明，若在經過檢驗後發現為蛋雞場遭受汙染後，則會強制進行停養。如果確定為飼料遭到汙染，則會立即啟動飼料查驗機制，就來源飼料廠全面清查。農委會也強調未來會加強飼料的管理，除了參考歐盟所訂定的飼料添加物中戴奧辛和戴奧辛類多氯聯苯的標準之外，也會召集專家、學者與業者等進行共同檢討與討論，並研擬標準作業規範。另外，農委會也提醒消費者於選購時，可選購包裝洗選蛋、CAS 及產銷履歷蛋品或貼有溯源標籤的散裝蛋，以降低食用到汙染蛋的風險。將來 CAS 也會將戴奧辛納入檢驗項目，並對於各項禽畜配合飼料增訂戴奧辛的殘留標準，以保護消費者食的安全。行政院農委會，〈農委會、環保署、衛福部雞蛋戴奧辛事件處理情形〉,2017 年 4 月 25 日。 | science |
挪威選育大西洋鮭魚的故事 | 根據文獻，英國畜牧先驅貝克韋爾 (Robert Bakewell) 是歷史上第一位真正有系統地選育陸生家畜動物的人。在 18 世紀中葉時他就概述了利用性狀外表型 (外在表現) 來選育物種的做法，比遺傳學之父奧地利的孟德爾 (Gregor Johann Mendel) 在 1866 年的豌豆雜交實驗早近百年。貝克韋爾歸類與分離牛羊的外觀性狀，進而利用親子相傳的道理育種出不同品系的牛與羊，這些品系至今仍是世界主要畜牧動物品種的基礎。這種修改個體性狀外表型的想法一直持續到 20 世紀初，但複雜度不斷增加，直到拉許 (Jay Laurence Lush) 的貢獻，動物育種才邁向下一步。 1930 年代時，美國愛荷華州立學院 (Iowa State College) 拉許教授是動物育種的遺傳統計 (Genetic Statistics in Animal Breeding) 專家，他認為貝克韋爾改變個體性狀外表型的方法有其限制，應該根據定量統計和遺傳信息，透過研究性狀如何以有系統的方式更準確地傳給後代，並整理出一套選育系統。他放棄選擇個別動物的外觀，而是著眼於整個動物族群將飼料轉變成肉的效率。因為牛、羊等陸地動物一生只會生產幾隻子代，這個重要的限制因子使得陸生動物族群的長期改變率逐漸趨緩。而且每個子代的樣本數太小，在找出具有最大後代生產力的親代上，受到許多限制。加上由於數萬年前野生陸生動物就已馴化，因此許多基因可能在馴化過程遺失，造成品種之間的雜交成果不彰，陸生動物育種改良的速度緩慢。因此，飼育者與其努力育種一隻理想的動物，不如專注於提升整個族群的平均品質，使牠們更符合人類的需求，進而大幅降低「飼料轉換率 (Feed conversion ratio, FCR)」, 也就是生產一磅的肉所需的飼料磅數。根據拉許的理論實作，動物上市速度增快 2 倍，而牠們消耗的飼料量卻只有貝克韋爾時代的一半。1963 年，美國的拉許和挪威的耶德雷姆 (Trygve Gjedrem) 的相遇開啟了水產養殖的嶄新方向。耶德雷姆在從事水產養殖以前攻讀綿羊畜產學，年輕時深受美國改良牲口的成就所吸引。1963 年耶德雷姆因交換計畫到了美國，受教於動物飼育的理論家拉許，拉許當時是主管美國綠色革命，動物部分的規劃人員之一。在耶德雷姆跟拉許兩人見面以前，當時挪威養殖鮭魚仍以養殖野生鮭魚為主，從來沒有人嘗試以拉許和人類數千年來馴化和飼育牛、羊等陸生動物的方式，來馴化和飼育鮭魚。耶德雷姆和他的論文指導教授史科傑瓦德 (Harald Skjervold) 明白，如果能把拉許的選育邏輯運用到鮭魚上，將有極大的潛力。1970 年代初期，耶德雷姆開始在挪威阿卡瓦弗斯克遺傳研究所 (Akvaforsk Genetics Center, AFGC) 選育鮭魚。當時，大西洋野生鮭數量眾多，基因歧異度相當龐大，所以可以從中選取最有利的基因組。一開始他們就體認必須先從飼育單一品種的鮭魚開始，因為光靠野生鮭魚，由過去的養殖歷史已證明生產效率有限。所以，他們從歐洲和北美地區 40 多條不同的河流中挑選種魚，每一條河流的環境因子迥異，有些河流很長，因此洄游的鮭魚必須屯積大量脂肪才能熬過漫長的旅程；有些河流緯度很高，暖季很短，鮭魚必須能夠盡量快快長大，特別是稚魚階段，所以棲息其中的鮭魚必須適應每條河流的獨特環境挑戰，演化出繽紛龐雜多樣的基因庫。挪威研究者再不斷雜交這些鮭魚，尋找生長速度快的後代組合。耶德雷姆回憶說:「第一批結果顯示，生長最好與最差的魚有驚人的差異。而每一代的選育就像爬上一層金字塔的階梯，生長率可以改善 13% 左右，直至金字塔尖。」。換言之，只要大概 7 代 (14 年) 的時間，就可以讓養殖鮭的生長率倍增。今天我們吃到的大西洋鮭魚 (Salmo salar) 就是金字塔尖的鮭魚，牠們雖擁有著遠古的基因，但新陳代謝已經完全不同。通常，大西洋鮭魚只在春夏季的溫暖水流中，才會分泌成長激素，因此要等 4~5 年才能長到 3、4 公斤。相較之下，在網箱放養 100 公克重的選育幼鮭，1.5 年 (18 個月) 就可以重達 6 公斤。此外，鮭魚跟牛、羊不同，一對鮭魚一生中能產下數以萬計的後代，只要找到特定的親代，僅僅幾條雄魚和雌魚，基本上就可以形成一批高生產力的族群，而且很快就能跟最初的野生鮭親代具有相當大的差異。只要 7 代，挪威人就能使鮭魚的生長率倍增，相較之下，需要花上 30 代共約 60 年的飼育時間才能使牛、羊的生長率達到相同的程度。如果純粹以數量為標準，家鮭 (Salmo domesticus) 是現在世上最成功的養殖鮭魚。家鮭品系 (genentic stock) 的開發使挪威的養殖鮭魚產量得以在短短 30 年間暴增達 50 萬尾，居世界首位。過去，赤道就是一道天然的熱屏障，使得生存在北緯地區寒冷水域的野生鮭魚無法跨越而拓殖到南半球。當挪威的峽灣佈滿鮭魚箱網後，挪威鮭魚公司開始把這種養殖法和選育的家鮭品系出口至其他同樣有許多峽灣冷水域的地區，例如智利南部、新斯科細亞和加拿大英屬哥倫比亞。然而，地處太平洋的智利和加拿大英屬哥倫比亞原本只有太平洋鮭魚的分布。今日的智利每年生產數以億計的鮭魚，成為世界第二大鮭魚生產國。目前全球養殖鮭魚產量超過 250 萬公噸，大約是野生鮭的 3 倍。這些數以百萬公噸的養殖鮭魚，無論是在挪威、智利或加拿大，都可以追溯到 1971 年耶德雷姆在阿卡瓦弗斯克育出的家鮭育種品系 (breeding line), 彼此有血緣關係。飼料轉換率是生產一重量單位的肉所需的飼料數量，飼料成本占集約鮭魚養殖生產成本的 60%, 飼料轉換率是養殖業最核心的秘密。原本大西洋鮭的食物是其他的野生魚類，如果沒有經過選育改良，養殖鮭需要吃 6 磅野生魚肉，才能生產出 1 磅鮭魚肉。隨著技術的改良，這個比率從 7:1、3:1 提高到空前絕後的 1.1:1, 即生產 1 公斤的大西洋鮭魚，僅需 1.1 公斤的飼料。從這個角度來看，養魚是比養豬、雞、牛或羊更划算，也對環境更友善。隨著鮭魚利用海洋蛋白質的效率越來越高，這個比例可能持續下降。例如現在鮭魚的餌料中使用下雜魚的比率從 25 年前的 50%, 大幅下降到少於 15%。而且飼料中的替代物竟然是同樣富含歐米茄三 (Omega 3) 脂肪酸的海生植物。耶德雷姆的研究成果有目共睹，他證實鮭魚遺傳選育改良對產業的重大貢獻，他也相信遺傳選育應該是所有水產養殖業者應做而且是無悔的工作。他說:「除了大西洋鮭之外，目前其他魚類的生產都不及陸地食物，我們早就該對養殖魚貝類做選育」。他認為世界上很少水產養殖產業使用遺傳改良是一場悲劇。據他估算，如果對目前所有養殖水產物種進行選育，每年約有 12.5% 的潛在增加率，水產養殖產量能在 13 年內加倍。他以鼓勵發展和散播基因改良的品種到世界各地為職志，並透過寫作和演講宣傳這個理念。2014 年世界水產養殖協會 (World Aquaculture Society) 頒發終生名譽會員獎 (Honorary Life Member Award), 感謝他過去 40~50 年間對水產育種的貢獻，並且稱讚他:「沒有耶德雷姆教授 40 多年的不懈努力，世界可能會繼續更依賴野生漁業，養殖戶每單位面積收穫的魚只會減少，飼料的浪費和成本會更大，水產養殖受疾病的肆虐損失和治療費用將會更多。」 | science |
應用於自駕車的光達(Lidar) | 美國眾議院於今年 2017 年 9 月 6 日通過一條名為「self-drive」的法案，由民主黨和共和黨共同推動，緊接於 2017 年 10 月 4 日參議院商務委員會宣布批准一項法案，將加速解除美國自駕研究廠商的自駕車在一般道路上行駛的法規障礙。本條法律是為了維繫美國廠商在自駕車技術發展的領先優勢，若正式實施後，將會讓美國所有的自駕研究廠商，可以在未來立法後的 1 年內可以投放至多 1.5 萬輛汽車上路測試，如果這些自駕車被驗證和人類駕駛一樣安全的話，第三年度後投放上限可放寬至 8 萬輛，4 年後則不再限制。參議院商業委員會主席圖恩 (John Thune) 和參議員皮特斯 (Gary Peters) 表示:「最終，我們期望採用自駕車技術將挽救生命，改善殘疾人士的行動能力，創造新的就業機會。」據統計，2016 年美國高速公路車禍超過 600 萬起，而死亡人數高達 4 萬人、受傷人數多達 250 萬人，其中 94% 的車禍都可歸咎於人為錯誤。種種訊息表示最快可能在 2 年內，類似 Uber 類型的公司會開始把許多自駕車放在街上測試，也許在 2020 年以後，自駕車就會正式出現在我們的日常生活中了。光達 (Lidar), 其英文全名為 Light Detection And Ranging, 中文稱為光達或雷射雷達，即利用光來量測目標物的距離，其在汽車輔助駕駛的應用一直都是存在，例如障礙物偵測、前車跟隨、邊線維持等。但由於價格高，體積大，因此不被重視。直到自駕車要來臨的現在，才掀起一股研發的風潮。本文將簡要地介紹光達在自駕車應用的發展現況與未來發展的可能趨勢。 法國自駕小巴 EZ10 最近在高雄與臺北公開展示，引起很大的討論與迴響，原來自駕車的時代在不知不覺中已經來臨。自駕車時代的來臨，不只對交通產生重大的影響，舉凡汽車產業、停車空間、保險、共享經濟、5G 通訊、雲端運算、電動車、綠能發電與儲能等等都會產生重大的改變。試想自駕車中，不再有方向盤、油門和剎車時，買車的慾望一定會大幅的降低，對傳統車廠可能會產生致命的衝擊。因為當大家不需要為了用車而買車時，停車位就會從家中的空間消失，連帶不需考駕照也不需要辦車險，更沒有車輛維護問題。取而代之，就會有許多的 Uber 汽車租賃公司來幫我們打造自駕車，保養自駕車，當我們需要用車時，只要上網預約，就會派遣自駕車將我們安全送往目的地。這樣形態的交通費用的支出，會不會比自己買車昂貴，其實是不會的。因為根據調查，現今自有車輛的使用時間不到 6%,94% 的時間都是閒置的。如果共享自駕車，自駕車利用率可以提升到 90% 以上。交通費用自然可以降低。自駕車未來會用電動車，一方面是環保的考慮，另一方面能源效率考量，加上電動車可以當作綠能發電的儲能設備，將綠能發電的多餘電力在夜間讓自駕電動車充電，提供白天交通運輸的能源。所以自駕車對於未來的交通、生活、經濟等模式將會有翻天覆地的影響。國際上對於自駕車的分級，有 2 個組織，美國國家公路交通安全管理局 (National Highway Traffic Safety Administration, NHTSA) 和美國汽車工程師協會 (Society of Automotive Engineers, SAE International)。其中 NHTSA 將自駕車的自動化程度分為 0~4 級，SAE 則分為 0~5 級。在最近文章中，大部分以 SAE 分級為主，如表一所示。一般以需要人類駕駛為主或人類介入接手，根據其自動化程度，編列在 1~3 級，稱為先進汽車輔助駕駛系統 (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS); 不需要人類介入的駕駛，編列在 4~5 級，稱為自動駕駛 (Automated Driving, AD)。目前最有名的自駕車兩大陣營，Tesla 自駕車被分類在第 2~3 級，而 Google 自駕車則被分類在第 4~5 級。光達的基本的元件是雷射光源、光感測器和成像機構等 3 部分，雷射光源一般是用半導體雷射，光感測器一般是用光電二極體 (Photodiode, PD) 或崩潰光電二極體 (Avalanche photodiode, APD), 成像機構是指掃描式或非掃描式的成像機構。在車用光達常用的距離量測技術就是利用飛行時間 (Time Of Flight, TOF) 技術。即發出很短脈衝 (~10 ns, 10-8 秒) 的雷射去照射目標，同時也啟動快速計時器進行時間量測，當光感測器接收到目標反射的回波訊號後，即停止快速計時器的計時。快速計時器所計算的時間，就是雷射到目標物來回距離飛行的時間。因為光速是已知，所以到目標物的距離就是飛行時間乘以光速的一半。1 個雷射和 1 個感測器基本上是構成單點測距，如果希望能夠量測一條線或一個面的 3D 距離資訊，就需要一個成像機構，例如掃描鏡，就可以經由適當的鏡片角度控制，將雷射投射到所需要的方位，得到我們所需要的 3D 影像，如圖一所示。 自駕車操控的構成條件，主要是感測器、定位、計算控制和精密的圖資等部分。在感測器主要是攝影機、超音波、毫米波雷達和光達等 4 種。如圖二所示。攝影機可以有最高的解析度與顏色資訊，超音波可以提供近距離感測資訊，毫米波雷達可以提供中長距離的距離與速度資訊，尤其對於天氣的影響遠比光學感測器小。光達和毫米波雷達同樣地具有距離感測功能，只是光達是利用光波，毫米波雷達是利用毫米波來量測距離。光達其最重要的特性就是提供高角度解析的距離資訊，光達最常使用的訊號源是近紅外線半導體雷射，其波長大約 905 奈米 (nm), 所以其角度解析度可以遠小於 0.1 度以下，相對於 24 GHz 毫米波雷達的角度解析度約為 20 度以上，77 GHz 毫米波雷達的角度解析度約為 5 度以上，光達的角解析度遠小於毫米波雷達，所以光達可以提供遠較毫米波雷達精細的 3D 影像用來辨識汽車、機車、腳踏車、行人，甚至於交通警察的指揮手勢。這是光達最重要的特性，因此成為自駕車不可或缺的感測器。這是光達天生的優點，因為光達所使用的雷射光源，其波長約為 905 奈米，77 GHz 毫米波其波長約為 4 毫米，所以光達的角度解析度理論上是 77 GHz 毫米波的 4000 倍，這是光達作為自駕車感測器天生的優勢。自駕車的感測器的使用分為 2 種型態，以有無使用光達作為分界，第一種是以特斯拉 (Te s l a) 公司為首，只以毫米波雷達與攝影機為主，不使用光達。第二種是以 Google 為首，不只使用毫米波雷達與攝影機，更使用 Velodyne H64E 的光達，拍攝 360 度 3D 影像。光達可以提供 0.1 度角解析度，100 公尺測距和 5~10Hz 的畫面更新率。特斯拉公司不使用光達的原因是因光達太貴，一顆 Velodyne H64E 光達的價格約 7~8 萬美金，可能比汽車本體還貴，所以他們主張用毫米波雷達與攝影機就足夠了。但是在去 (2016) 年 5 月時，特斯拉公司的自駕車發生一起死亡車禍，其自駕車無法有效地偵測到前方轉彎的白色貨櫃車，造成乘坐人員喪生。雖然事後的車禍責任歸屬的法律認定上，認為特斯拉公司的自駕車沒有疏失。但是大家在意外的檢討上，都認為如果有使用光達的話，應該可以避免這起意外，因為同時期使用光達的 Google 自駕車在 7、8 年間總駕駛里程超過 300 萬英哩，發生十餘起事故，都是屬於輕微的擦撞事故，甚至於有些不能歸咎於 Google 自駕車，也遠低於一般汽車肇事率和傷亡程度。因此，光達被認定要達到自駕程度 4~5 級的必要的感測器。只用毫米波雷達與攝影機的特斯拉自駕車只能被歸類到 2~3 級，也就是先進駕駛輔助系統 (ADAS) 等級，而不是自動駕駛 (AD) 等級。所以，現今的自駕車要達到完全自動駕駛等級，就非使用光達感測器不可。自駕車使用的光達，最有名氣的是 Velodyne H64E 光達，因為 Google、Uber 和百度等成熟度較高的自駕車都是用它。它提供了 360 度高角度解析的 3D 資訊，使得在自駕車周圍 100 公尺內的不管大小物體的動靜都能夠鉅細靡遺的被查覺。但是使用 Velodyne H64E 光達也有隱憂，有著價格高、產量有限、掃描馬達長時間轉動與可靠度可能不夠等問題，加上它是手工打造，所以每顆 7~8 萬美金，產量每月只有 5000 顆，掃描馬達在長時間運作後，會有磨損、定位精度下降的問題。所以目前全世界都在尋找可以取代 Velodyne H64E 光達的感測器，目的就是要產出便宜、產量高、可靠度高的光達。有興趣進一步了解光達領域的現況與未來努力方向的讀者，可從了解現有的光達架構開始，可參考本文末更技術細節的討論現況與未來趨勢。自駕車對光達的依賴，未來有沒有可能只用攝影機與毫米波雷達來取代？我個人認為不會，因為光達的高精度視角的 3D 成像特性，是光達天生的、無可取代的優點，如果利用很複雜的運算法則與運算資源，將低精度視角提升為高精度視角，其效果絕對沒有光達直接取像來的快速、真實與可靠。目前全世界都急於尋找適合自駕車光達，也投入大量資金來研發便宜、產量高、可靠度高的光達。所以，未來光達不但不會消失，而且會以更小、更輕、更便宜的方式走入我們生活中，這個是一個趨勢，由單點掃描 3D 成像到線掃描 3D 成像，到平面 3D 成像光達又稱 Flash lidar。雷射就是一個類似閃光燈，閃一下就可以獲得 3D 成像的照片。未來我們的相機，不再是平面成像的相機，而是結合可見光 CMOS 成像和 3D 光達成像的 3D 相機。不但可以放大、縮小，還可以 360 度旋轉。一。發展現況 Velodyne H64E 使用 64 個 905 奈米波長半導體雷射和 64 個光感測器，排列成 1 條垂直陣列，所以每次即可以收到 64 組距離資訊，這 64 組雷射陣列與 64 組光感測陣列利用馬達轉動，每隔 0.1 度量測 1 次，每圈 360 度共量測 3600 次，如果每秒轉 5 圈，每秒量測的資料量就有 64x3600 x5=1152k 筆資料。由於 64 組發射接收器都是人工組裝與對光，難怪價格與產量降不來。其掃描機構要將 64 組發射接收器帶著旋轉，所以有體積龐大、價格高與可靠度下降的問題。所以要降低價格，提高產量與增進可靠度，就要解決人工對光，人工組裝，機械掃描等問題。美國 Velodyne 公司針對未來 ADAS 和 AD 的需求，發表了要研發 Ultra Puck VLP-32A 32 線雷射模組，測距可達 200 公尺，在 2020 年量產目標訂價到 500 美元，到 2025 年成本可以控制到 200 美元以內。美國 Quanergy 公司發展光學相位陣列 (Optical Phase Array, OPA) 元件，利用改變光學相位陣列每個元件的相位來達到掃描的目的，取代龐大的機械掃描裝置。其原理是將雷射均勻通過 2 維陣列的相位調制元件，再改變每個相位調制元件的相位，使其在空間的特定方位形成建設性干涉，其他方位都是破壞性干涉，由於是用電信號改變相位調制元件的相位，達成快速掃描目的，所以比起機械掃描速度快，體積小，價格便宜等優點。但此項技術不是沒風險，因為光學相位調制元件，由於光學波長很短，其調制元件的製作存在一些風險，加上雷射通過這些元件會有產生熱，對於使用熱來進行光學相位調整的元件，存在一些不利因素，所以在 2016 年發表後，一直沒看到測試樣品的發表。其量產的價格宣稱可以降至 250 美元，而使用該公司光達產品的自駕車，號稱 2018 年就可以上市，讓我們拭目以待。加拿大 Leddar 公司也發表了用線性陣列感測器加上微機電 (Micro-electromechanical Systems, MEMS) 單軸掃描鏡，構成車用光達系統，Leddar 公司的專長在訊號處理，可以利用多點累積和延遲取樣等技術來增進測距長度與測距精度。他們使用的光源是半導體雷射，並將其光點整型為垂直直線，利用 MEMS 單軸掃描鏡進行水平方向掃描，再使用線性陣列感測器來接收訊號，比起 Velodyne 的 64 組發射接收同時旋轉的架構輕便很多，同時也可以兼顧水平方向的高角度解析度的需求。但其單個模組的水平掃描角度約為 120 度，需要 3 個以上組合，才可以達到 360 度環視的需求。美國 ASC 公司是研發 2D 平面陣列感測器接收訊號，雷射當作照明之用，其取 3D 影像的成像速度最快，可以大於 30 Hz 以上，甚至可以到達 1000 Hz 以上的成像速度，體積也最小、最輕，完全沒有掃描元件。除了雷射，鏡組，就是 2D 平面陣列感測元件，所以稱為全固態光達 (Full solid state Lidar)。這個 2D 平面陣列感測元件是將 APD 感測陣列和 TOF 電路陣列利用覆晶封裝 (Flip chip bonding) 技術壓合而成。APD 是崩潰光電二極體是將光訊號轉為電訊號，TOF 電路陣列是量測雷射飛行時間的電路，兩者結合後，即可即時測出 3D 影像，一般陣列像素為 128x128 或 256x256, 其優點是輕、薄、小、快，且價格便宜。但是角度解析度要達到 0.1 度或環場 360 度視角，就要用多個拼裝而成，系統變得較複雜，雷射的功率需求較高，價格會變貴。二。可能發展趨勢 1. 全固態光達 —— 便宜、輕、薄、小價格是最重要的考量，未來的大量量產的價格許多公司都宣稱可降至 200~250 塊美金左右。這個目標最遲 2 年內就可以達成。要達成這個目標，利用 CMOS 或 III-V Compound 製程縮裝成晶片應該就可以達成這個目標，而且也不用掃描元件。所以，未來的自駕車就會將原先安裝在車頂的 Velodyne H64E, 由多個分散在前後車燈座中全固態光達來取代，達成輕、薄、小的需求。2. 人眼安全波長目前車用光達大部分使用波長 905 奈米的半導體雷射，因為 905 奈米波長的半導雷射的製作技術較成熟、成本低，可以產生較高功率的短脈衝雷射，量測距離較遠。但是 905 奈米波段不在人眼安全的波段範圍內，一般人眼安全的波段是指長於 1400 奈米的波段，例如 1550 奈米。因為，在可見光與小於 1400 奈米的紅外光會聚焦在視網膜，再加上眼球的聚焦作用，容易對視網膜造成永久傷害。目前車用光達模組都符合人眼安全規範，但未來無人車充滿整個街上，905 奈米波段的雷射滿天飛的時候，對於人眼的威脅，尤其長期的累積效應，不容小覷。所以人眼安全雷射的使用，將會是一個無可迴避的議題。3. 單光子光達單光子光達主要使用單光子崩潰光電感測器 (Single Photon Avalanche Diode, SPAD), 又稱為蓋格模式崩潰光電感測器 (Geiger Mode Avalanche Photodiode, GMAPD), 在感測器偏壓超過崩潰區，其光子產生的電子受到高電場加速撞擊，又產生許多電子，這些撞擊產生電子又受到電場加速，又撞擊產生更多的電子，這樣的連鎖雪崩效應所產生的電子增益非常大，所以只要有單光子就可以引發超過閾值 (threshold) 的電子訊號。而一般線性崩潰光電感測器其偏壓在崩潰區之前，高增益但未達到崩潰區域，所以需要較高的雷射能量，才可以達到量測的目的。單光子光達的好處是只需要較弱的雷射能量，即可達到偵測的目的，其優點是對光的感測很敏感，但其缺點就是太敏感，尤其在白天，陽光也會激發單光子感測器的響應。所以，在距離量測上就無法達到單發響應的效果，需要累積很多發響應用統計方式來確認物體的距離，因為陽光所產生的光子激發的時間是雜亂的，雷射光子所產生的固定物體的時間是固定的，所以經過統計累積，就可以達到距離量測的目的。但是誤警率還是偏高，對於快速運動物體的偵測就有困難。單光子光達在 20 年前美國軍方已經發展出來，最近被使用在商業用途，是用在空載式光達拍攝 3D 地形之用，因為拍攝地形可以在夜間拍攝，陽光雜訊的影響會大幅降低。所以單光子光達要應用在車載光達，必須要克服陽光雜訊造成誤觸發問題。4. 晶片光達美國麻省理工學院於 2016 年 8 月發表其將光達的發射與接收整合在 CMOS 晶片上的成果，其原理是在晶片上製作相位調製陣列單元，利用熱來改變每個相位調製單元的折射率或長度，來改變通過相位調製單元雷射光的相位，這些經過相位調製單元的雷射光，就可以在特定方位和距離形成建設性干涉。如此即可以不用掃描鏡，也可通過各調制單元的相位的改變，即可達到雷射光束掃描的效果。其掃描速度是機械式掃描的 1000 倍。未來若可以將雷射與感測器一起長在矽晶片上，其體積與價格將可以進一步降低。美國國防高等研究計劃署 (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) 也在 2015 年 12 月提出「模組化光學孔徑建塊計畫 (Modular Optical Aperture Building Blocks, MOABB program)」, 徵求將光達晶片化的後續技術。希望能將雷射、接收器和掃描都整合到晶片中。 | science |
喝野生茶有什麼不對? | 一說到臺灣山茶，我們必須先問，是哪一種茶？臺灣的茶、臺灣的山茶、還是臺灣山上的茶？而今天，要說的是一個土生土長的臺灣茶。臺灣山茶 (Camellia formosensis) 是臺灣的原生植物 (圖一), 既不是從其他地方引種栽培，也沒有經過任何的人工改良，與我們在電視廣告中常見的東方美人、青心烏龍、文山包種等作物茶有些不同，是近年來愛茶人士的新寵，更是臺灣土生土長的茶科植物中少數可以做為製茶飲用的種類，並且逐漸開發推廣為商品化、產業化的明星物種 (圖二)。臺灣山茶在臺灣最早的紀錄，可以追溯到距今 300 年前。西元 1717 年，清朝官員周鍾瑄於《諸羅縣誌》敘述:「水沙蓮內山茶甚夥，味別色綠如松蘿、山谷深峻、性嚴冷，能卻暑消脹。然路險，又畏生番，故漢人不敢入採，又不諳製茶之法⋯⋯」過去臺灣山茶在分類學上曾經被認為是茶樹 (Camellia sinensis) 的一變種，並依照在臺灣分布的地點不同，又有眉原山茶、武威山茶、鳳凰山茶、南鳳山茶或永康山茶等名稱出現，無論是什麼名稱，它是屬於臺灣真正的原生茶種。一個以臺灣為名的山茶 —— 臺灣山茶，還不夠特別嗎？坊間流傳著許多臺灣山茶的神奇與特別之處，像是它超級提神、喝了睡不著，而且非常耐泡，還有著特殊的茶香，被稱讚有著「一股濃厚的臺灣味」。如果是野生的臺灣山茶，那更是獨一無二，不用藥、不施肥、天然有機，由老天爺管理的山中瑰寶。然而，雖然野生的臺灣山茶在臺灣中央山脈西南側確實有其分布，東側則有少部分，而且在野外生長族群算是穩定，但要製成茶葉作為商品販賣，產量真的足以應付廣大的消費者嗎？當野生的名號太過於吸引人的時候，許多野生系列的產品就開始如雨後春筍般的冒出，像是「半野生」、「接近野生」、「我們家種的也是野生茶」這一類的說法出現。但，你看出他的盲點了嗎？像是經由人工的方式，將臺灣山茶的苗木種植在天然的環境中，比如說自己所擁有的私有林，當然也可能是承租的林地上，有些則是已經變成茶園經營管理。因為它和野生總是扯得上關係，無論是來源野生，採收方法像野生，或是管理方法類似野生，所以「我家也是野生茶」的說法自然也是千奇百怪。依照世界自然保護聯盟 (IUCN) 訂定的植物紅皮書中，臺灣山茶被列為易受危害等級 (Vulnerable species, VU), 用白話文來翻譯，100 年內你到野外看不到它的機率大於 10%。再換個方式來說，它是一種遭到採集破壞後，容易往滅絕方向走的物種，需要我們給予較多的關心和保護。現在保育意識高漲，保種行動，方舟計劃都在大力推行的同時，如果是因為我們貪嘴喝茶的原因，可能造成一個物種的消失，這樣還不嚴重嗎？臺灣山茶，是屬於臺灣真正的原生茶種，按國有林林產物處分規則的規範分類，臺灣山茶茶青屬於林產物中的副產物，當然長在國有林地上的臺灣山茶自然屬於國家的財產，不可隨意取用。但是當臺灣森林中的野草、野花變成是一種冰箱，甚至是提款機概念的時候，這些花草擁有在強健的身軀都抵擋不了持續的摧殘。但好消息是，其實這些野生的山茶已經可以由人為栽培管理了，例如永康山茶。目前坊間對於臺灣山茶的研究，較著重在茶的品系、來源，而針對成分著墨的相對較少。與其他茶種之間的比較，是持續進行的研究項目，林業試驗所的周富三研究員針對六龜地區採收的茶青，進行主要化學成分及抗氧化活性分析，初步結果顯示和其他對照茶種 (清心烏龍、金萱) 相比，臺灣山茶在抗氧化的表現突出，但是在茶所含的其他成分 (維生素、蛋白質、礦物質元素) 是不是一樣擁有較佳的表現，仍尚待研究探討。不過，視為臺灣山茶變種的永康山茶則有不少研究紀錄。位於臺東的茶業改良場園內有蒐集各種形態的茶芽種源，依照茶芽的色澤、葉片色澤、葉形等進行區分，是適合製作綠茶或紅茶飲用的資源。永康山茶目前已經開始收穫，可稱達到具產量的規模，當然，是經過修整的茶園，需要修剪、施肥等手段，而並非野生收穫；有些甚至移到低海拔地區種植，一年之中可以多次收穫。2008 年，楊剛顥的論文則探討永康山茶的綠茶化學成分與抗氧化能力，比較永康山茶和青心烏龍、臺茶八號及臺茶十二號 (金萱) 等品種製成之綠茶。結果顯示永康山茶在水分、粗脂肪、粗蛋白及灰分含量皆與一般綠茶成分含量相近，綠茶茶湯中可溶性固形物及總游離胺基酸僅次於臺茶八號，總酚、總兒茶素、總酯型兒茶素及沒食子酸含量則是四品種中最高。至於咖啡因含量則低於臺茶八號，維生素 C 含量約為其他品種的 1/2 ~3/4, 含量相對較低。此外，永康山茶的總抗氧化能力 (TEAC) 也較其他 3 種作物茶來得出色，永康山茶達 2.09 mM Trolox, 高於其他三種茶類 (1.88~1.68 mM Trolox), 顯示永康山茶具較佳抗氧化力。而鄭混元等人的文獻則針對永康山茶品質特徵、成分及礦物元素進行探討。由研究中指出永康山茶製成的紅茶及綠茶品質優於保種茶、青蕈鮮菇香味為特徵，文中更進一步的描述消費者端最在意的「品質」問題。市售的臺茶十二號 (綠茶) 或臺茶八號 (紅茶), 僅在沖泡第一次時，品評的滋味和香氣的略優於永康山茶，沖泡二次時已為顯著差異，而第三次之後則以永康山茶有較佳的表現，與坊間常說的山茶很耐泡似乎是不謀而合的。綜合上述來看，可以發現臺灣山茶或是永康山茶與其他茶種相較之下，雖然許多成分略有高下，但在抗氧化的能力是不容置疑的，開發成茶飲大有可為。「野生山茶正夯，六龜警護茶行動開始」。這是 2016 年 4 月六龜地區臺灣山茶採收季節，報紙新聞所刊出的標題。過去曾經發生為了方便採茶，而將臺灣山茶茶樹截斷的案例。生長速度不是非常快速的臺灣山茶，需要生長 30~40 年才能夠長到胸徑約 10 公分的大小，卻只要 3~5 分鐘的時間就能毀於一夕。因此，政府單位為了防止莠民顗視這些山茶，從積極管理轉變成有條件開放，進而標售採取，期盼能解決山茶遭盜採濫伐的問題。資源有限而慾望無限，野生的臺灣山茶每年能有多少產量是有限的。以六龜地區的南鳳山茶區，每年大約可以產出 2000 斤的茶青 (約 400 斤的茶葉), 如果相比經營管理的茶園，產量只能說是很少。以南部六龜的為南鳳山茶為例，有相當高的比例為政府機關所管理的試驗林地及國有林班地上，過去為了保護這些珍貴資源，採取的是封山保護，不讓民眾可以自由進出肆意採集，但封鎖的政策最後總是無法長久，只能夠治標卻不能夠治本。在採茶的季節裡，不斷有官兵捉強盜的新聞播出，有時甚至是惡意炒作價錢所製造的事件，目前六龜野生山茶茶葉一斤要價 5000 元起跳。雖然買賣本來就是一個願打一個願挨，特別是這種少量沒有行情價的農產品。2012 年周富三等研究人員試圖估算六龜野生山茶的產值，透過野生山茶表面積和茶青重量的相關性來計算，方程式為 Y=17.389 e0.2851X〔X = 表面積 (m2);Y = 茶青重量 (g)〕。在密集生長野生山茶的茶區中，1 公頃的林地約莫可產出製成 17.32 斤的茶葉，以 2016 年的六龜野生山茶茶葉一斤 5000 元的販售行情來看，1 公頃的產值是 86600 元，以整個山頭的精華產區 35 公頃估算，就有近 300 萬元的利益可圖，這還不包含散生四處的茶樹，這樣商機無限的山頭，怎麼不讓人垂涎三尺呢？當然，前提是你能夠踏遍山野，並且非常迅速的把剛冒出的新芽通通採完。採野生山茶並不容易 (圖四), 和一般矮化、集中、便利的茶園不同，必須從早到晚的埋首於林野之中，未上手的新兵甚至花在找茶的時間比採茶的時間還久，有時一整天下來卻沒有多少收獲，也難怪它的價格居高不下，此外要培養一個熟悉山頭水勢的師傅也不是那麼簡單。有需求就有供給，這一直是生態平衡與經濟發展的零和遊戲。過去為了保護這些珍貴的野生資源，多半採取的是封鎖保護的方式，但百密終有一疏，山這麼大一片，處處都是入口，也處處都是出口，這種禁令式的管理無法有效管制，而逐漸演變成開放標售採摘，期待透過自主管理的方式能夠降低對於野生臺灣山茶的傷害。當我們不再追求「野生」這個名牌時，讓臺灣山茶獲得一個喘息的機會。臺灣山茶的產業，目前已經有愈來愈多林農投入種植，並且已經證明是可行的經營方式，採用粗放、不施肥、不修枝的方式任其生長，所謂仿造野生經營的管理，一樣可以獲得不錯的收益，茶的品質和氣味與野生的臺灣山茶有著相同韻味，販售的價格只有將近野生山茶售價的 60%(大約 2000~3000 元 / 斤), 讓更多的消費者能夠體會臺灣山茶的好 (圖五), 唯一尚待補足的證據是，目前未有研究指出野生和在栽培的臺灣山茶，究竟有甚麼不一樣？是成份、營養價值或是對於製茶飲茶是沒有不同的呢？這仍待要更進一步的研究證實。天然藥物的來源中，來自野外的植物資源佔了很大一部分，例如牛樟芝、天麻、金線蓮這些價錢高貴的中草藥材。利用或許是無可避免，但重要的是如何妥善利用、不致耗竭。更何況早就有許多藥廠、生技公司、政府機關投入開發製造，成為產業的案例。臺灣山茶在培育與種植方面，並沒有太多阻礙及難解問題，或許選擇人工栽植並仿造野生環境經營的方式，同時發展產業，得以兼顧保護野生種源的方式，是我們未來值得努力的方向。 | science |
有效保育桃園藻礁生態系的宏觀思維 | 從今年 5 月以來，因中油在位於桃園大潭藻礁的觀塘工業專用港，興建第三天然氣接收站，而引發環保團體抗爭，逾百學者陸續聲援，訴求停止開發或尋求替代方案，但是藻礁真的能因此得救嗎？當媒體只出現一種聲音，資訊幾乎來自同一來源時，恐會誤導社會大眾，失去理性討論的空間。筆者嘗試彙整相關科學資料，再加上多年來在桃園藻礁的研究經驗，期望能提供有效保育桃園藻礁生態系的宏觀思維。「藻礁」指的是由殼狀珊瑚藻所建造成的礁體，在藻礁形成過程中，殼狀珊瑚藻有膠結與促進珊瑚蟲等海洋無脊椎動物幼生入添的功能。根據自然科學博物館的研究，推測在數千年前，桃園海岸水質清澈，適合珊瑚生長，因此大潭藻礁 (含) 以北早期形成的藻礁，是以珊瑚為主體，中間參雜珊瑚藻。但在大潭藻礁以南後期形成的藻礁，也就是已受到「觀新藻礁生態系野生動物保護區」保護的藻礁，因為當時水質變混，不適合珊瑚生長，才有機會形成以珊瑚藻為主體的藻礁，也才具文化資產保存之價值。「藻礁」一詞實際上涵蓋 2 種概念:「地質藻礁」指的是由殼狀珊瑚藻歷經千年累積形成的礁體，它是死的、靜態的；「生態藻礁」指的是生存於藻礁礁體基質或空隙內的動植物，及其以營養關係為主所形成的藻礁生態系，它是活的、是動態的，也就是所謂的「生態功能」。長久以來，桃園海岸環境一直在變，不僅水質在變，沙也在動。從 2005 年以來的航照圖顯示，位於開發區內發現保育類「柴山多杯孔珊瑚」的 G1 區 (圖一), 侵蝕與淤積交互出現，但至少超過一半時間為淤積地形。2005~2008 年間歷經數個颱風侵襲，浪帶走沙，位於潮下帶的 G1 礁體才裸露出來；但 2009~2014 年間，G1 區又被沙掩埋；直到 2015 年連續 2 個颱風侵襲北部後，G1 礁體才又再度露出。在 2001 年時，現今觀新藻礁保護區位置原為沙岸，在臺電進水口堤設置後，其突堤效應阻擋了由北往南的漂沙運動，北淤南侵，在缺乏沙源補充下，位於突堤南側的觀新藻礁才裸露出現至今。位於開發區內發現柴山多杯孔珊瑚的潮下帶 G2 藻礁外露，也是受惠於兩端突堤的岬頭效應，才使礁體露出。可見淤沙對於桃園藻礁的影響相當大，這也是具有活性的殼狀珊瑚藻僅能生存於有水環境的潮池或潮下帶的原因，因為有水擾動底質較不會被淤沙覆蓋。 在 2012~ 2013 年橫跨一整年四季的研究中，我們共發現 12 類大型藻類、129 種動物，其中觀新藻礁保護區內北側的觀音藻礁具有最高的物種豐富度，保護區內南側的新屋藻礁次之，而位於大潭藻礁以北的觀音溪口及樹林溪口的藻礁物種豐富度最低。後續海洋大學的研究中更進一步發現觀新藻礁的殼狀珊瑚藻至少有 8 種，包括膨石藻、中葉藻、哈氏石葉藻、石枝藻與孢石藻等，多是新種。當時的藻礁生態系研究堪稱是歷來最完整的量化研究，現今看來仍是。我們當時也利用先進儀器 (微溶氧電極) 測量觀新藻礁殼狀珊瑚藻之生產力，測量結果與溫帶地區之殼狀珊瑚藻生產力相當，但是仍不到海草床與紅樹林生產力的 1/10。藻類較多的觀音藻礁保護區尚且如此，更何況藻類更少的大潭藻礁，生產力並不高。藻礁生物多樣性是否豐富，並不是因為發現保育類珊瑚就算是，而是需要對照組做比較分析。若以整個桃園海岸類似環境來比較，觀新藻礁保護區與許厝港濕地的生物多樣性最豐富，並列為桃園海岸兩大生態熱點。2017 年 8 月夏天生物相最豐富時，環境顧問公司的穿越線量化調查發現在大潭藻礁開發區只有 5 種大型底棲動物，遠低於觀新藻礁保護區的 17 種動物。大潭藻礁開發區只有出現在沙灘的雙扇股窗蟹比觀新藻礁保護區多。因此，觀新藻礁保護區的動物多樣性確是高於大潭藻礁開發區以及其他藻礁。2017 年中山大學的調查也在觀新藻礁保護區內發現「柴山多杯孔珊瑚」, 顯示此保育類珊瑚並非只分布於 G1 及 G2 藻礁而已。其實生態系中多數生物是數量少、不具優勢的物種，但這些數量少的物種出現機率會隨調查的地點與頻度增加而增加。臺灣以往的珊瑚調查都是著重在珊瑚礁地區，對其他棲地的調查極為有限。珊瑚的分布會隨著海流漂到適合棲地著苗，因此非優勢種如柴山多杯孔珊瑚在非珊瑚礁地區 (如大潭藻礁) 發現，是可預期的。若新種生物命名後陸續發現其族群數量與分布，當資料越多後，回頭檢討其保育層級是必然的科學過程。惟這些年的野外調查仍尚未發現藻礁特有生物，也就是僅能生存於藻礁的動植物。2017 年 1 月海洋大學的調查發現保護區北側觀音藻礁被泥沙覆蓋，殼狀珊瑚藻 (以中葉藻最多) 平均覆蓋率則只有 0.46%。但保護區南側的新屋藻礁表面泥沙較少，發育良好，低潮線具活性殼狀珊瑚藻平均覆蓋率達 32.3%, 當中以膨石藻最多，其次為哈氏石葉藻與中葉藻。同年環境顧問公司的調查開發區 G2 藻礁中潮帶與下潮帶，發現存活殼狀珊瑚藻覆蓋度各為 0.47% 以及 1.12%, 遠少於保護區內新屋藻礁殼狀珊瑚藻之覆蓋率。除了淤沙對桃園藻礁有很大影響外，我們也發現導致觀音溪口及樹林溪口藻礁物種豐富度最低的主因是汙水排放。觀音工業區排放口的樹林溪口所調查到的物種最少，甚至完全沒有大型藻類覆蓋藻礁。除了夏季外，也沒有發現到任何底表大型動物，其動物組成只有耐汙染種能存活，顯示汙染情況嚴重。而保護區北側觀音藻礁也因為淤沙覆蓋，許多殼狀珊瑚藻白化，幾乎沒有活性。若將我們在 2012 年夏天的研究結果與 5 年後環境顧問公司在 2017 年夏天所做的量化結果作比較，可以發現在 2012 年時，觀新藻礁保護區大型底棲動物的密度為每平方公尺 9~57 隻，而 2017 年在同一條穿越線上則只剩每平方公尺 0~16 隻，顯示在劃為保護區後，藻礁生態並未變好，反而衰退，原因也可能是因為保護區北側漂沙往復搬移作用的影響，因此保護區也需要積極管理，才能改善生態。為有效保育桃園海岸藻礁生態系，應該投注更多經費與心力於現有已劃為保護區、生物多樣性最豐富、殼狀珊瑚藻發育最好、且以殼狀珊瑚藻為主體具文化資產保存價值之「觀新藻礁生態系野生動物保護區」, 與此同時也能保護「柴山多杯孔珊瑚」。在我們已了解具活性殼狀珊瑚藻僅分布於有水環境之潮池或潮下帶 3~5 公尺處之特徵以及影響殼狀珊瑚藻發育及藻礁生態的主要因素後，建議優先具體作為是在既有的藻礁礁體基礎上減輕、移除，避免淤沙、汙染物及人為干擾進入藻礁保護區，強化殼狀珊瑚藻基礎生物學研究，掌握殼狀珊瑚藻釋放四分孢子及孢子著苗時機，並了解影響殼狀珊瑚藻生殖與發育的主要因素，配合密集的生態監測，才能讓此海洋保護區發揮「外溢」效果，成為桃園藻礁、臺灣西海岸甚至印度西太平洋海域之海洋生物種源庫。後續應進一步思考桃園海岸整體污染防治策略，將原排放至桃園海岸的汙水截流處理，減輕漂沙沉積影響，已存在於桃園海岸 27 公里長之藻礁礁體就能發揮生態功能，促進許多海洋無脊椎動物幼生入添，創造庇護所給小型動物利用，進而提供食物給大型動物及鳥類使用，自我組織與自我構建，假以時日自然就能復育成完整藻礁生態系，甚至豐富西北海岸漁業資源，恢復藻礁生態系供給服務。類似珊瑚礁之生態復育在國外已有成功案例。沿海生態系擁有豐富的生物多樣性與生態系功能，並提供各種生態系服務，卻極易受到氣候變遷與人為活動的影響。筆者在今 (2017) 年 2 月所發表的國際期刊論文中，建構氣候變遷對臺灣沿海生態系之風險評估方法，為未來沿海生態系之永續發展踏出第一步。我們以危害度、脆弱度與暴露度為理論框架，量化臺灣各種沿海生態系在氣候變遷下面臨之風險程度。面對海平面上升、海水升溫與酸化情況下，我們發現相對於其他沿海生態系統，珊瑚礁、藻礁與海草床面臨的風險最高，需要投注最多經費與心力。我們更進一步發現，若只是單純劃為保護區的保育作為，是無法彌補未來氣候變遷影響下所增加的風險。唯有同時配合保育與復育措施，才能減輕氣候變遷與人為干擾之衝擊。因此，為有效保育桃園藻礁生態系，就必須要有實質積極保育作為、深入的科學研究、嚴密的生態監測與動態管理措施。 | science |
杜克大學研究發現細胞張力影響組織再生能加強心臟修復能力 | 【本刊訊】雖然現在的醫療已十分進步，不過當人類心臟病發作時，往往心臟細胞會產生不可逆的損害，並無法完全的治癒。然而，先前科學家已知在斑馬魚中的心臟細胞能夠再生，並將遭受損害或被疾病攻擊的細胞丟棄。因此，科學家多年來研究斑馬魚心臟細胞的再生能力，希望能找到治療人類心臟病的線索。近期，由美國杜克大學 (Duke University) 醫學院細胞生物學所的研究團隊發現當斑馬魚的心臟組織遭受破壞時，會由快速移動的超大細胞在前面引導，而較小的細胞則在後面拖延並進而產生新的細胞，而這種自然而然的特性，使組織成功再生主要是由細胞的機械張力所造成的。研究人員將斑馬魚的心臟從體內取出並放在培養皿中，發現心臟在體外還能夠持續的跳動，因此，研究人員嘗試利用此系統，來觀察斑馬魚心臟細胞的再生。研究人員進一步將培養皿中的心臟外膜細胞破壞，再將培養皿移至顯微鏡下進行動態的觀察。原先研究人員預期的是會看到細胞快速複製 DNA 並分裂增生新細胞，已修復心臟表面。不過，令研究人員意想不到的是，這些細胞並沒有一開始就分裂細胞，其再生的方法反而是先在細胞中大量複製 DNA 並使細胞變大。透過這些超大型細胞先將傷口覆蓋後，再增加再生能力。除此之外，研究人員也發現這些大型的細胞在心臟表面遷移的速度會比較小的細胞快，具領導作用。觀察到此現象後，研究人員也試著去測量這些大型的前導細胞張力程度，發現當利用外力將細胞劃出微小切口時，領導細胞會更快反彈，就像充氣氣囊的表面在爆炸後縮回的情況，代表這些細胞能在 DNA 複製後，透過機械性的張力使細胞不分裂。研究團隊表示目前藉由這項發現試圖去了解如何影響細胞再生的方向，若能找到能走向產生更大的細胞或分裂出更多的細胞的關鍵因素，將可能是影響組織修復能力的一大關鍵。另外，研究人員也嘗試篩選出斑馬魚心臟體外培養系統中可能增加心臟組織再生的小分子，希望能成為修復心臟病或其他心血管疾病的藥物。Marla Vacek Broadfoot, Tension Makes The Heart Grow Stronger, Duke University, 2017/9/25. | science |
YouTube透過機器學習讓影音應用更多元 | 近年來，人工智慧與機器學習被各種領域廣泛研發與應用，而在影音媒體產業中也不例外。Google 在本 (11) 月 2 日舉辦了機器學習在影音上的應用，展示了 YouTube 平台如何利用機器學習，能自動化的提供使用者最個人化且最適化的影片推薦，另外，也期望透過機器學習導入對影片內容的自動辨識，或認知影片中人類行為等。為了瞭解平台上為數眾多的使用者，自 2011 年起 YouTube 深入探究且更新各種服務，將一開始所計算的「觀看次數」轉為「觀看時間 (watchtime)」的演算法、行動裝置的普及化後所帶來的行動界面優化與人性化至影音平台個人化的概念與推薦影片系統的提升等，期望能在使用者選擇前，先行找出使用者可能會喜歡的影片。然而，影片的推薦也遇到了許多挑戰，由於每分鐘會有超過 500 小時的影音上傳，因此影音資訊規模的龐大、影音內容更新的速度快與資料內容中包含太多雜訊等，都是導致影片推薦化系統備受挑戰的原因。有鑑於此，Google 在 2015 年開發出機器學習基礎系統 (TensorFlow), 並結合候選生成模型 (Candidate Generation model) 與排名模型 (Ranking Model) 兩大推薦模型架構，透過此方式提供更合意使用者的影音。除此之外，Google 也提供影音導入機器學習所衍生出多種不同的應用。舉例來說，提升機器對影片內容的辨識，能降低不適當內容的傳播。為了防止恐怖、暴力主義等內容的傳播，過去是倚賴使用者檢舉方式進行，不過在資訊化快速的時代，透過人工方式審核，其速度遠不及資訊的上傳。因此，利用機器學習去識別暴力、極端主義等內容，並提供判別和進一步的審查。目前，在平台中被強制下架的影片，有 87% 是藉由此方式先行移除。過去，機器學習已能藉由照片來辨識人臉，如今 Google 則嘗試教導機器觀察並辨識人類的動作，認知影片中的人類行為，因而開發出原子視覺化動作數據學習模式 (Atomic visual actions, AVA)。透過影片中清晰的視覺標誌 (Visual signatures), 將某特定動作進行動作標籤，並建造出原子視覺動作資料庫。而在資料庫中，目前已分析超過 57 萬組影音片段、生成 21 萬個動作標籤並有 9.6 萬組人類動作被標註。另外，也將人類的互動行為分成 3 大類，分別是姿勢或移動時的動作表現 (pose/movement actions)、人與物品互動行為 (person-object Interactions) 和人與人互動行為 (person-person interactions)。YouTube 大中華與紐澳技術管理負責人葉佳威表示縱使還在初步階段，但未來會投入更多相關的研究，除了希望能模擬更複雜的人類行為，改善認知系統的發展外，也期望能提供不同的檢索方式或更多其他的應用。 | science |
哈佛團隊利用數學技術算出葉子生長的模式 | 【本刊訊】自然界物種是由一種簡單的生長原則來形成各式各樣複雜的形體，無論是花瓣的弧度、根莖的分枝分節，甚至是人臉的輪廓都是由這些過程塑造的。「形隨機能 (form ever follows function .)」, 這是來自大建築家蘇利文 (Louis Sullivan) 的名言，其強調形態是因應機能而被設計出來的。哈佛大學 (Harvard University) 工程與應用科學學院的教授馬赫德凡 (L. Mahadevan) 卻持逆向觀點，認為有沒有可能反轉規則讓「機能隨形」, 透過解構這些生長原則，創造出無限多種的形體呢？因此，過去的研究中，馬赫德凡與其團隊以實驗及理論解釋自然界如捕蠅草、松果與花朵等物種如何變成萬千種結構，期待透過形體的改變能控制、模擬自然過程。然而，團隊中的博士後研究員凡理士 (Wim van Rees) 則認為，逆向操作是極大的挑戰，實驗太多、理論太少，事情會如何發生不得而知；如果最終遇得到特定形體，又該如何設計最初的結構呢？為了找出答案，研究團隊利用葉子的生長歷程進行實驗，將兩層對環境刺激會產生不同反應的單層 (monolayer) 固定在一起形成雙層 (bilayer), 並觀察其生長的方向與大小。結果發現，其中一單層控制在方向上相對、或生成相對於另一層巨大的體型，發現整體的形狀與弧度是能被控制的，而此雙層基本上可以是對任何刺激有反應或自然生長的物質或形體。該團隊找出雙層與各別單層的行為，並將其作數學的連結、發現兩者有非常漂亮的連結，凡理士表示幾乎可以用彎曲單層的形式來寫雙層的生長。這也意味人們可以在知曉曲率 (curvatures) 的前提下，將標的物所需的能量與生長型態以雙層的形式做反轉工程。即使耗費數天計算，這類的反轉工程事實上還是個難解的謎；然而據該團隊前博士後研究員佛加 (Etienne Vouga) 表示，無論最終形體如何複雜，只要清楚雙層如何耦合、便可將演算法則構築出來。研究人員將金魚草花瓣的生長、科羅拉多流域的地形圖以及量子力學家普朗克的臉模擬成一套系統，用已知的物理幾何知識輔以最新的數學演算法製造出形塑的規則。馬赫德凡更進一步表明，該研究有助於 4D 列印技術之光學與機械因子、軟式機器人與組織工程之研發。Leah Burrows, Shaping animal, vegetable and mineral, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, 2017/10/16. | science |
最新的AlphaGo Zero 系統能透過自學技術成長 | 【本刊訊】記得去年在《圍棋》中一舉擊敗世界頂尖高手的人工智慧程序 (artificial intelligence program)── AlphaGo 嗎？挾帶強大的功能，更優化的 AlphaGo Zero 近期又有更令人出乎意料的表現。發展該程序、任職 DeepMind 的研究員表示，此系統憑一己之力在遊戲中自我提升，其使用的自學技術 (self-teaching technique) 亦能多方運用在如交通計畫、藥物研發等領域。人工智慧程序如何在圍棋遊戲中勝出？它必須在遠多過已知原子數量的排列組合中，於 19x19 的棋盤裡想方設法圈住對手以占領土地，若以一般電腦來說，模擬各式走法與結果基本上不太可行。初代 AlphaGo 以 2 條較複雜的路徑評估移動方式：首先是部屬 (rollout) 動作，利用搜尋樹 (search tree) 在遊戲中判斷致勝走法，其後使用神經網路程序偵測該棋局的模式、預測每一步的關鍵與必要性，再輔以為數 30 萬的走棋資料庫，預測人們在圍棋遊戲中的實戰狀況，再自我對戰 1 萬次、訓練其擇步網絡 (move-selection network)。至此，AI 能在經驗而來的戰局中比對資料，取前期部屬與後期神經網絡的預測平均、進而判斷每步走法是否能帶來勝利。Alpha Go Zero 在這方面的執行較簡單、有效率且具彈性。在判斷的一開始，其將挑揀網絡 (move- picking) 與預測網絡合而為一，並以新型設備交疊出比初代 AlphaGo 更多層的可調式人工神經元 (tunable artificial neurons)。經過不斷訓練，神經網路與搜尋樹的資訊逐漸一致且相輔相成，除可以跳過從人類身上學習的步驟、也能省略過程繁瑣的部屬階段。希爾佛 (David Silver) 偕同團隊比較 AlphaGo Zero 與其他電腦程序的能力、建立評量表「Elo」來比較前後代的差異。初代程序經一個月訓練才打敗韓國好手李 (Lee Sedol), 新一代的 Zero 僅花 36 小時便達標，且評量成績由初代 3739 分成長到 5185 分。此外，即便僅 4 個處理器運行、AlphaGo 亦能在近百種遊戲中輕鬆應戰。阿爾伯塔大學計算機科學家穆勒 (Martin Muller) 表示，AlphaGo Zero 各項表現相較於初代更加完整。如此卓越的表現還能有更多可能嗎？巴黎大學科學家卡山納 (Tristan Cazenave) 指出，即便與人類對戰耗時較長，AlphaGo Zero 卻能發現更多未知的排列與走法。而 DeepMind 的執行長哈瑟畢斯 (Demis Hassabits) 認為，或許在某些人類花上數千年還未必能有新發現的領域裡，自學系統很快就能理出一條路，更甚者可能發現新的元素或物質。然而穆勒也提到，該程序仍蒙受規則與限制，如何面對未知、混亂又低結構的世界，值得進一步探討。Matthew Hutson, This computer program can beat humans at Go—with no human instruction, Science, 2017/10/18 | science |
興大與水利署合作設計出魚骨型魚道幫助魚類順利上溯與洄游 | 【本刊訊】臺灣河川普遍有較短、坡陡且水流速較快等先天限制，因而使魚不易洄游或上溯。為了克服這項不利因素，中興大學與水利署經歷 17 年的合作研究，設計出一款新型態的魚骨型魚道，適合各式各樣的小型魚蝦上溯，且特別適用於臺灣本土性魚類，同時具有高效能的排砂效率。其實，興建魚道跨越堰壩來維護水域生態，是目前世界先進國家共同的課題。近年來，歐美各國的魚道大部分只針對單一大型魚種，像是鮭魚，並多設於含砂量極低的攔河堰，再以隔柵型態來減緩流速及增加水深，使魚類能順利上溯。不過，對於臺灣而言這項方法並不適用，因為臺灣河川有多種小型魚蝦類與兩棲動物，且臺灣河川大都是多砂河川，隔柵則會經常導致魚道泥沙淤積，無法用於臺灣的河川環境中。因此，研究團隊與水利署水規所自 2000 年起，開始針對臺灣堰壩的魚道缺失進行調查，並分析臺灣特有種魚蝦類的生態行為，提出新型魚道的設計觀念。經過長時間的研究臺灣各類型本土性水中生物的上溯現象後，再結合野外觀測、室內實驗、數學模式的模擬與數據等，研發出符合臺灣河川需求的魚骨型魚道。此款魚道分為魚骨區、休息區與水道區三部分，魚骨區因造型順流特性，底部具有減緩流速功能，能強化排砂效果，並且隨著流量增加，排砂效能更佳，一般排砂率可超過 95%, 能讓魚道內的泥沙不超過 5%。因此，若配置在防砂壩可以防止魚道淤積，使其魚道功能不致衰減；休息區部分則提供魚類短暫休憩與躲藏；水道區部分則能促使魚類順利上溯。此魚骨型魚道已於 2005 年 6 月獲得新型研究團隊利用基因螢光標定方法，追蹤基因轉殖小鼠體內毛囊細胞的動態，並觀察在放射線治療後帶來的影響。結果發現毛囊在受到低劑量的放射線傷害後，不是利用位於毛囊中凸起區域的幹細胞幫助生長，反而啟動位於毛囊球基底部位的細胞 —— keratin 5+ progenitors, 來修補所受到的傷害，而這些細胞在 12~36 小時內就能分化成 7 層不同的細胞，再生出受損的毛囊球。除此之外，研究人員也發現在小鼠的皮膚上局部注射 Wnt3a 蛋白，能增強 Wnt 信號 (Wnt signaling), 加速活化這群細胞並促進毛囊修復，且成功的組止了高劑量放射線治療及化學治療所造成的掉髮。這項發現也已發表在《癌症研究》(Cancer Research) 期刊中。專利，之後研究團隊也持續精進魚骨型魚道水流與泥砂運移試驗研究，累積經驗並細緻修正，建立魚骨型魚道設計的布置參考，並大量推廣，成為臺灣本土性魚類最為適用的魚道型式。目前，此魚道建置於嘉義八掌溪、宜蘭仁澤防砂壩、新竹頭前溪，有效兼顧生態保育與防砂防災功能。研究團隊也將此研究發表在《生態工程》(Ecological Engineering) 期刊中。中興大學，〈給魚兒一條安全回家的路 興大發表魚骨型魚道〉,2017 年 10 月 5 日。 | science |
臺大團隊發現能防止癌症治療所引起的掉髮機制 | 【本刊訊】癌症，是指不正常細胞增生造成癌細胞侵害身體各部位器官或系統，而目前主要的治療方式除了手術與藥物治療外，也會結合化學療法、放射線治療等多管齊下，抑制癌細胞的擴散。然而，化學治療與放射線治療除了殺死癌細胞外，也會傷及正常的組織，造成各樣的副作用，例如口腔黏膜受損、肺臟纖維化、肌肉損傷造成吞嚥困難、腹瀉或嘔吐等。這些在抗癌治療後伴隨而來的強烈副作用常會帶給患者極大的心理壓力，進而對於這些治療的抗拒與排斥。有鑑於此，為了不影響患者對於這些治療的意願，最近，由臺大醫學工程研究所研究團隊的研究發現在治療時造成掉髮的原因，並利用小鼠模型進行實驗，找出在進行化學或放射線治療之後，能減少對毛髮損害的方法。毛髮的生長與脫落具有週期性，主要是生長期 (anagen)、退行期 (catagen) 與休止期 (telogen) 三階段，而人類在一般情況下，大多數毛囊 (hair follicles) 都是處在生長階段。在生長的根部毛囊球中，含有能快速細胞分裂的短暫分裂細胞 (transitamplifying cells, TAC), 這些細胞能讓毛髮持續伸長，但也是在放射線或化學治療後，容易造成損傷的區域。若患者經過多次治療後，毛囊會逐漸的受損，最後造成髮幹斷裂、生長中的毛囊退化進入休止期。雖然生長的毛囊對放射線與化學治療十分敏感，不過，先前的研究也發現毛囊在遭受破壞前，會自行嘗試修復損傷。然而，如何修復毛囊的損傷機制科學家一直不清楚。因此，研究團隊嘗試找出此機制並期望透過增強這項修復能力，進而防止掉髮的發生。研究團隊利用基因螢光標定方法，追蹤基因轉殖小鼠體內毛囊細胞的動態，並觀察在放射線治療後帶來的影響。結果發現毛囊在受到低劑量的放射線傷害後，不是利用位於毛囊中凸起區域的幹細胞幫助生長，反而啟動位於毛囊球基底部位的細胞 —— keratin 5+ progenitors, 來修補所受到的傷害，而這些細胞在 12~36 小時內就能分化成 7 層不同的細胞，再生出受損的毛囊球。除此之外，研究人員也發現在小鼠的皮膚上局部注射 Wnt3a 蛋白，能增強 Wnt 信號 (Wnt signaling), 加速活化這群細胞並促進毛囊修復，且成功的組止了高劑量放射線治療及化學治療所造成的掉髮。這項發現也已發表在《癌症研究》(Cancer Research) 期刊中。臺灣大學，〈腫瘤治療與再生醫學研究團隊發現 防止化療與電療所引起掉髮的新機轉〉,2017 年 10 月 18 日。 | science |
美國研究團隊建立精子年齡計算器能分析精子的品質 | 【本刊訊】隨著年齡應加，除了生育能力下降外，精子與卵子的品質可能也會對後代帶來影響。最近，美國猶他大學 (University of Utah) 的研究團隊研發出一個精子年齡計算器，利用 DNA 分析的結果，可以得知男性的精子有多「老」, 並且發現抽菸行為對精子有顯著的影響。長期以來，科學家已認知到女性的年齡會影響後代的健康，而近期的研究也開始了解到父親的年齡同樣具有相同的作用。除此之外，研究更發現比起年紀較大的女性，年紀較大的男性遺傳給後代的突變基因更多，會使後代更容易患有自閉症與精神分裂症。此外，研究也發現年紀較大的男性可能經由精子的 DNA 將表觀遺傳標記 (epigenetic tags) 遺傳給後代，而男性的飲食或吸菸等生活習慣，都可能改變基因進而影響後代。為了檢視各種因素對男性精子的影響，研究團隊研究 350 個男性的精子，並分析其基因，發現基因組中有 147 個點似乎與人的年齡有相關。利用這資訊，研究人員製造出一個「計算器」, 除了可以利用這 147 個位點來預測且分析男性年齡外，也能判斷男性精子的狀態，並進一步確認男性的精子是否提前老化。此計算器預測男性年齡的正確性為 95%, 研究人員詹金斯 (Tim Jenkins) 表示目前發現抽菸者的精子狀態普遍都較老，對於一個 40 歲抽菸的男人而言，計算器會所計算出的年齡大約是 44 歲或更老。詹金斯表示希望未來能利用此計算器對男性進行檢測，並為男性評估精子狀態，且鑑定可能對後代所帶來的影響。不過，研究人員也表示男性的一生都能製造精子，若因生活習慣導致精子較老可能還有補救的機會。或許透過調整飲食、生活習慣後，能夠反轉精子的年齡。Jessica Hamzelou, Sperm age calculator tells men how decrepit their sperm are, New Scientist, 2017/10/16. | science |
美國FDA諮詢委員會支持基因治療首例基因治療可望核准上市 | 基因治療 (Gene Therapy), 是利用分子生物學嘗試將正常基因植入人體細胞中，取代體內原有的缺失或功能異常基因，是一種現代醫學與分子生物學結合的技術，期望能治療某些由單基因缺陷所造成的疾病，像是囊腫性纖維化 (Cystic Fibrosis, CF)、鐮刀型紅血球疾病 (Sickle-cell disease, SCD) 或肌肉萎縮症等。雖然這項治療方式自 1989 年起就有成功的臨床案例，不過要實際運用在人體上卻還是存在一些限制與爭論，也因此基因治療目前被世界各國嚴格規範，並制定了相關法規。然而，近期美國食品藥物管理局 (U.S. Food and Drug Administration, FDA) 細胞、組織和基因治療諮詢委員會在看過相關臨床實驗數據結果與討論後做出決定，建議核准基因療法的運用。被核准能夠進行基因治療的疾病是一種遺傳性的視網膜病變 (RPE65-mediated Inherited Retinal Disease, IRD), 是由於 RPE65 基因產生突變，無法製造出相關蛋白，導致患者對於光線的敏感度降低、不自主的眼球顫動發生，而產生夜盲症。而隨著疾病的進展，進一步會喪失邊緣視力，逐漸變成隧道視力 (tunnel vision), 最終會喪失全部視力，導致失明的發生。然而，目前市面上並沒有此疾病相關的治療方法，因此，Spark Therapeutics 嘗試利用將帶有正常基因的腺病毒載體 (adenoassociated viral vector) 注射至視網膜中，並觀察患者在注射後的視力情況。報告顯示在第一期與第二期臨床試驗上都有穩定的改善。而在第三期臨床試驗中，受試者的年齡主要介在 4~44 歲間，患者在接受這項治療後，每年都會進行雙邊多亮度移動性測試 (bilateral multi-luminance mobility test, MLMT) 與全區域光敏感度閾值 (full-field light sensitivity threshold, FST) 的測試，試驗結果發現受試者的視力、視野和對光的敏感度皆有改善，直至最近一年的例行追蹤。因此，食品藥物管理局的細胞、組織和基因治療諮詢委員會以 16:0 的比數一致建議通過此項基因治療，研究負責人也表示目前這些受試者已追蹤 4 年，未來也會持續觀察，並期望藉由諮詢委員會的認同，能成功成為首例核准上市的基因治療。若藥物管理局核准上市，縱使這項治療的費用所費不貲，科學家認為基因治療會是未來時代的醫療趨勢。目前，也有許多藥廠馬不停蹄地在研發其他疾病的基因療法，這次的諮詢委員會所做的決定不會是基因治療的最後一例，一定會有更多的基因治療等待食品藥物管理局的核准。John Carroll, FDA experts offer a unanimous endorsement for pioneering gene therapy for blindness, Science, 2017/10/13. | science |